[发明专利]带有力敏薄膜的条带式柔性线阵压力传感器、智能工装夹具及力敏薄膜制备方法

权利要求书

1.一种条带式柔性线阵压力传感器，其特征在于：包括柔性衬底(2)和若干压力传感器线阵单元(101)；

所述柔性衬底(2)构建有若干微纳米结构；

若干压力传感器线阵单元(101)集成在柔性衬底(2)表面；

每个压力传感器线阵单元(101)的表面均设置有应力传导触点(102)；

所述压力传感器线阵单元(101)包括集成在柔性衬底(2)表面的叉指电极和半共形微纳力敏薄膜；

所述半共形微纳力敏薄膜包括微纳共形导电层(301)和半共形压电隧穿层(302)；

所述微纳共形导电层(301)覆盖在微纳米结构的表面；

所述半共形压电隧穿层(302)部分覆盖在微纳共形导电层(301)表面；

所述条带式柔性线阵压力传感器采用下层叉指电极、上层半共形力敏薄膜的器件结构。

2.根据权利要求1所述的一种条带式柔性线阵压力传感器，其特征在于：应力传导触点(102)的面积小于压力传感器线阵单元(101)的面积。

3.根据权利要求1所述的一种条带式柔性线阵压力传感器，其特征在于：所述应力传导触点(102)采用弹性材料制成；

所述柔性衬底(2)的材料包括硅橡胶、聚氨酯弹性体、Eco-Flex；

微纳共形导电层(301)的材料包括石墨烯、石墨烯纳米墙、碳纳米管、炭黑、导电高分子、金属；

所述半共形压电隧穿层(302)的材料包括PVDF、PVDF:TrFE、PVDF-HFP。

4.根据权利要求1所述的一种条带式柔性线阵压力传感器，其特征在于：半共形压电隧穿层(302)经过了高压极化处理。

5.根据权利要求1所述的一种条带式柔性线阵压力传感器，其特征在于：所述半共形压电隧穿层(302)不包裹微纳共形导电层(301)的顶部。

6.根据权利要求1所述的一种条带式柔性线阵压力传感器，其特征在于：所述微纳米结构的图形包括金字塔、柱子、半球。

7.一种具有权利要求1至6任一项所述条带式柔性线阵压力传感器的智能工装夹具，其特征在于：包括若干条带式柔性线阵压力传感器(1)和金属工装夹具(4)；

所述金属工装夹具(4)的内表面与待加工工件的曲面轮廓匹配；

所述金属工装夹具(4)用于固定待加工工件；

所述条带式柔性线阵压力传感器(1)的下表面与金属工装夹具(4)的内表面贴合，上表面与待加工工件相接触；

在待加工工件的加工过程中，条带式柔性线阵压力传感器(1)实时检测施加在待加工工件表面各处的压力。

8.根据权利要求7所述一种具有条带式柔性线阵压力传感器的智能工装夹具，其特征在于：所述条带式柔性线阵压力传感器(1)将检测到的压力反馈至外界的加工设备控制系统；所述加工设备控制系统预存储有压力阈值；所述加工设备控制系统对接收到的压力与压力阈值进行比较，并根据比较结果实时调整加工参数。

9.根据权利要求7所述一种具有条带式柔性线阵压力传感器的智能工装夹具，其特征在于：若干条带式柔性线阵压力传感器(1)在金属工装夹具(4)的内表面逐条贴合。

10.一种基于半共形压电隧穿型微纳力敏薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)选取硅片，并在硅片上刻蚀出若干微纳米结构图形，步骤包括：

1.1)在硅片表面旋涂光刻胶，并烘干；

1.2)利用曝光机对旋涂有光刻胶的硅片进行掩膜光刻；

1.3)将曝光完成的硅片放置到显影液中，进行显影；

1.4)对硅片进行干法刻蚀，刻蚀掉光刻图形中的SiO₂；

1.5)对硅片依次进行湿法刻蚀和清洗；

1.6)刻蚀掉硅片残余的SiO₂，得到微纳结构化硅片；

2)利用PECVD法在硅片上生长微纳共形石墨烯材料层；所述微纳共形石墨烯材料层包括石墨烯纳米墙、石墨烯薄膜；

生长微纳共形石墨烯材料层的步骤包括：

3)进行微纳共形石墨烯材料层转移，步骤包括：

3.1)配置PDMS溶液；将PDMS溶液倒在生长微纳共形石墨烯材料层的微纳结构化硅片上，并加热固化；

3.2)冷却至室温，将PDMS、微纳共形石墨烯材料层从硅片模具上剥离下来；

4)配置压电聚合物溶液；所述压电聚合物溶液包括PVDF、PVDF:TrFE或PVDF-HFP；

将压电聚合物溶液旋涂或喷涂在微纳共形石墨烯材料层上，并加热烘干，得到半共形压电薄膜；

5)在高压极化装置中对所述半共形压电薄膜进行极化处理，从而提升半共形压电薄膜的压电特性。