[发明专利]一种基于石墨烯阵列的柔性压力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开一种基于石墨烯阵列的柔性压力传感器及其制备方法，两个柔性衬底平行分布，上层石墨烯阵列、下层石墨烯阵列分别固定设置在一个柔性衬底上且位于两个柔性衬底之间；石墨烯压力传感单元阵列分布，上层石墨烯阵列中的石墨烯压力传感单元和下层石墨烯阵列中的石墨烯压力传感单元对齐紧贴。当有压力作用于石墨烯阵列上时，石墨烯导电通路增多，阻值减小，解调电路可以测算出每个石墨烯压力传感单元的阻值变化，通过压力‑阻值的拟合曲线，精确得到压力的变化情况。聚二甲基硅氧烷材质的柔性衬底材料的耐热性避免了聚对苯二甲酸乙二醇酯PET等衬底材料在激光直写过程容易弯曲变形情况发生。行电极与列电极之间避免了交叉，结构更加优化。

技术领域

本发明涉及一种基于石墨烯阵列的柔性压力传感器和一种基于石墨烯阵列的柔性压力传感器的制备方法，属于压力传感器技术领域。

背景技术

压力传感器是一种可以将外界物理受力，如压力、剪切力等转换为自身材料的形变，从而引发输出电信号变化的传感器，广泛的运用于航空、航天、汽车和生物医学等领域。

随着可穿戴设备的兴起，压力传感器的研究越来越受到大众的关注。传统的压力传感器大多采用硅压阻式压力传感器，但随着基于压力传感器的可穿戴设备的发展，传统的刚性传感器显现出明显的弊端。通常人们日常使用的可穿戴设备都需要依附于衣物或人体表皮，甚至植入体内，为了适应生物体的结构特征，可穿戴设备使用的材料必须具备轻巧柔软的特性。石墨烯具有优异的导电性和极佳的柔韧性，电阻率随压力线性变化，是性能优异的柔性材料。

目前，一种石墨烯压力传感器阵列系统(专利号：201610863656.5)采用PECVD法生长石墨烯薄膜，该方法设备投入大，成本远高于本发明使用的激光直写PI膜生成石墨烯的制备方案；该专利在制备过程中需要剥离石墨烯层，极易破坏其微观结构；该专利主要采用刚性电路板作为衬底进行传感器的制备，不符合可穿戴设备的发展趋势，本发明使用柔性衬底，应用范围更加广泛；该专利采用圆柱形力敏触点和凹槽结构，制备过程繁琐。基于石墨烯的阵列式柔性压力分布传感器及其制备方法(专利号：201210013024.1)采用刻蚀石墨烯薄膜的方法形成石墨烯阵列，制备过程复杂，成本高，该专利行电极与列电极之间需要通过绝缘层隔离。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供及一种基于石墨烯阵列的柔性压力传感器和一种基于石墨烯阵列的柔性压力传感器的制备方法。

为达到上述目的，本发明提供一种基于石墨烯阵列的柔性压力传感器，包括上层石墨烯阵列、金属连接条、两个柔性衬底和下层石墨烯阵列，两个柔性衬底一上一下平行分布，上层石墨烯阵列固定设置在位于上方的柔性衬底的下底面，下层石墨烯阵列固定设置在位于下方的柔性衬底的上底面，上层石墨烯阵列和下层石墨烯阵列位于两个柔性衬底之间，上层石墨烯阵列位于下层石墨烯阵列上方；

上层石墨烯阵列和下层石墨烯阵列均包括多个石墨烯压力传感单元，上层石墨烯阵列中的石墨烯压力传感单元阵列分布，下层石墨烯阵列中的石墨烯压力传感单元阵列分布，上层石墨烯阵列中的石墨烯压力传感单元和下层石墨烯阵列中的石墨烯压力传感单元对齐紧贴；

上层石墨烯阵列中每一行石墨烯压力传感单元之间通过金属连接条连接且下层石墨烯阵列中每一列石墨烯压力传感单元之间通过金属连接条连接，或者，上层石墨烯阵列中每一列石墨烯压力传感单元之间通过金属连接条连接且下层石墨烯阵列中每一行石墨烯压力传感单元之间通过金属连接条连接，形成纵横交错的网状石墨烯结构。

优先地，通过激光直写在位于上方的柔性衬底的下底面上制备配合上层石墨烯阵列中石墨烯压力传感单元的上层浮雕轮廓，上层石墨烯阵列中石墨烯压力传感单元固定设置在上层浮雕轮廓中；

通过激光直写在位于下方的柔性衬底的上底面上制备配合下层石墨烯阵列中石墨烯压力传感单元的下层浮雕轮廓，下层石墨烯阵列中石墨烯压力传感单元固定设置在下层浮雕轮廓中。