[发明专利]一种柔性压力传感器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种柔性压力传感器及其制备方法。所述制备方法包括：以光敏树脂为原料，3D打印出具有点阵结构的基体；提供含导电材料的溶液，将所述基体置于所述溶液中，对含有所述基体的所述溶液进行超声处理，并对所述基体进行热固化处理，以在所述基体表面形成导电层；提供表面制备有电极的柔性基底，并将所述柔性基底与所述基体组装在一起，使得所述电极与所述导电层接触，得到柔性压力传感器。通过本发明提供的制备方制得的柔性压力传感器，导电颗粒与树脂基体之间结合强度高，具有较高的耐用性，同时还具有较高的灵敏度，传感器一致性高，且制备工艺简单。

技术领域

本发明涉及电子传感器技术领域，具体而言，涉及一种柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

目前，市场上的压力传感器一般采用微电子机械加工技术(MEMS)，基于半导体工艺进行制备，其中主要包括光刻、封装等工艺，尽管制得的压力传感器具有测量精度高等优点，亦可以批量制作，但由于工艺复杂，成本高，制备难度大等缺点，不具有普适性。另外，采用MEMS制备方法难以制备出大面积的传感器，且制得的压力传感器通常为硬质，体积大、质量大，只能实现对平面压力的测量。

柔性压力传感器可以贴附在复杂曲面，在可穿戴设备和机器人等领域具有应用潜力。常见的柔性压力传感器使用压阻、电容、压电等传感机理进行设计。其中压阻式柔性压力传感器是将将外界压力转换为电阻信号，由于制备工艺和信号处理简单而得到广泛研究。柔性压力传感器通常是将高分子聚合物材料与纳米导电材料复合使用。高分子材料如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、共聚酯(Ecoflex)、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)等用来作为基底材料，纳米导电材料如金属纳米颗粒、金属纳米线、炭黑、石墨烯和碳纳米管等常用来作为导电填料。通过将导电填料和高分子材料共混或表面涂层等方法，使高分子复合材料具有导电性。

现有技术中一般采用导电海绵、发泡PDMS或金属骨架牺牲模板等制备柔性压力传感器。然而，这些方法制得的传感器一致性较低，导电海绵式或利用发泡等方法不能对微孔形貌进行控制，且制备复杂、不可量产、不可大面幅生产等。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术制备的柔性压力传感器存在一致性低、灵敏度低、耐用性差且制备工艺复杂、不易对微孔形貌进行控制等缺陷。

为解决上述问题中的至少一个方面，本发明提供一种柔性压力传感器的制备方法，包括：

以光敏树脂为原料，3D打印出具有点阵结构的基体；

提供含导电材料的溶液，将所述基体置于所述溶液中，对含有所述基体的所述溶液进行超声处理，并对所述基体进行热固化处理，以在所述基体表面形成导电层；

提供表面制备有电极的柔性基底，并将所述柔性基底与所述基体组装在一起，使得所述电极与所述导电层接触，得到柔性压力传感器。

较佳地，所述对含有所述基体的所述溶液进超声处理包括：使用超声探针对含有所述基体的所述溶液进行超声处理，其中，所述超声探针工作第一设定时间后停止第二设定时间，如此循环多次，所述超声探针工作总时长为1.5h。

较佳地，所述热固化处理的固化温度为100-120℃，固化时间为6-10h。

较佳地，所述以光敏树脂为原料，3D打印出具有点阵结构的基体包括：

使用设计软件进行点阵结构的设计建模，得到三维点阵结构模型；

使用切片软件对所述三维点阵结构模型进行切片处理，采用数字光投影、立体光固化成型、熔融沉积打印或墨水直写打印固化处于液态的所述光敏树脂，得到具有点阵结构的所述基体。

较佳地，所述含导电材料的溶液的配置过程包括：将所述导电材料溶于乙醇或去离子水中，制得所述溶液，其中，所述导电材料与所述乙醇或所述去离子水的质量比为1:50，所述导电材料包括碳纳米管、石墨烯、金属纳米颗粒、导电石墨和金属纳米线中的至少一种。