[发明专利]一种用于柔性压力传感器的微结构弹性体复合薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种用于柔性压力传感器的微结构弹性体复合薄膜及其制备方法和应用，复合薄膜包括贴合的A层膜和B层膜，所述A层膜的材料为有机硅胶、热塑性弹性体(TPE)或聚氨酯，所述B层膜的材料为聚氨酯、氢化苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物(SEBS)或热塑性弹性体(TPE)，所述A层膜的材料和B层膜的材料不同，所述A层膜的裸露面上具有微结构，所述微结构为以波阵面为基准的若干个不规则峰状凸起，所述波阵面与所述裸露面平行或重合。本发明的用于柔性压力传感器的微结构弹性体复合薄膜能够增加复合薄膜的拉伸强度和韧性，提高薄膜剥离工艺的稳定性，而且保证传感器具有优良的性能。

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，具体涉及一种用于柔性压力传感器的微结构弹性体复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

可穿戴柔性压力传感器具有轻、薄、柔的特点，能够灵敏响应人体活动所产生的压力，在人体健康监测、疾病预诊断、运动监测、人机交互等方面均有着广泛的应用前景。通过在柔性薄膜表面构建表面微结构，是获得高性能压阻/压容柔性传感器十分有效的途径。比如在以往的报道中，研究者们采用硅模板(Adv.Mater.2014,26,3451-3458)获得金字塔型阵列的微结构表面，并获得了具有较高灵敏度(4.88kPa-1,响应范围5.9kPa)的柔性压力传感器件。研究者们利用较为廉价的树叶(Adv.Funct.Mater.2017,27,1606066),织物(Adv.Mater.2014,26,1336-1342)，砂纸(ACS Nano 2018,12,2346-2354)等具有天然微结构的物品作为模板制备弹性体薄膜，同样也构建了性能优异的传感器件。柔性表面微结构一般通过具有表面微结构的模板转印获得，比如具有凹陷金字塔结构的硅模板，具有天然结构的树叶、织物或者砂纸等。在制备过程中，将可以固化成型的聚合物预聚体(通常为硅橡胶PDMS的预聚体)或者其他溶液浇筑/沉积/涂覆在这些模板表面，通过加热/光固化/溶剂挥发等获得薄膜，之后将得到的薄膜从模板上剥离下来，即可获得具有表面微结构的薄膜。

尽管通过模板转印的方式可以很方便的获得具有表面微结构的柔性薄膜，但是将薄膜从微结构基底剥离的时候，由于微结构会增大表界面，同时材料固化过程中会与基底形成较强的物理/化学键，因此基底与薄膜之间会存在比较强的粘附力。这使得实际制备柔性薄膜时，存在以下问题和矛盾。第一，从传感器应用的角度，一般需要减小柔性薄膜的厚度，发挥柔性传感器轻、薄、柔的特性，但是减小薄膜的厚度会降低其强度，无法克服界面粘附力而导致薄膜在剥离过程中断裂。第二，从传感器实际使用的角度，选择低模量、高弹性、形变恢复好的弹性体材料(比如PDMS)能够使得柔性传感器获得高灵敏度、快速响应和高稳定性等特性，但是该类型的弹性体材料的强度和韧性一般较差，在实际剥离中很容易因为裂纹或者受力集中而导致断裂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种用于柔性压力传感器的微结构弹性体复合薄膜及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种用于柔性压力传感器的微结构弹性体复合薄膜，所述复合薄膜包括贴合的A层膜和B层膜，所述A层膜的材料为有机硅胶、热塑性弹性体(TPE)或聚氨酯，所述B层膜的材料为聚氨酯、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)或热塑性弹性体(TPE)，所述A层膜的材料和B层膜的材料不同，所述A层膜的裸露面上具有微结构，所述微结构为以波阵面为基准的若干个不规则峰状凸起，所述波阵面与所述裸露面平行或重合，所述峰状凸起的波峰和波谷的高度差为10～100μm，所述峰状凸起的波峰和波谷的宽度差为10～100μm，所述峰状凸起的密度为10k～1000k个/cm²，所述A层膜的厚度为20～200μm。