[发明专利]微裂纹应变传感元件及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了微裂纹应变传感元件及其制备方法和应用。所述微裂纹应变传感元件包括：基底层、金属薄膜、保护层、输出电极、封装层；所述金属薄膜设于基底层上，所述金属薄膜由两种金属材料沉积而成，所述金属薄膜设有图案化裂纹结构；所述保护层设于金属薄膜上；所述输出电极连接于金属薄膜，用于输出电信号；所述封装层设于保护层上。本发明的微裂纹应变传感元件制备方法相较现有裂纹制备技术具有更高精度的裂纹可控性且不会影响裂纹的使用寿命，以及更优化的实际操作难度；微裂纹的应变传感元件的高灵敏度、可穿戴性、小型化等特点可在医学领域中得到广泛的应用。

技术领域

本发明属于微型智能电子技术领域，具体涉及微裂纹应变传感元件及其制备方法和应用。

背景技术

传统的机械量传感器很难满足低功耗，高稳定性，小型化，高精度，高移动性和其他优异性能，而这往往也是一些对传感器性能要求高的领域所需传感器的关键要素，如可穿戴电子产品领域、医学领域等，传统的可穿戴智能设备一般都是非柔性，应用仅局限于某些部位。随着柔性导电技术的发展，柔性可穿戴智能设备的出现成为了可能，柔性传感器是可穿戴智能设备的核心器件。现有的柔性微裂纹传感器的制备方法有着精度不足、影响传感器寿命等问题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中传统机械量传感器灵敏度不足、尺寸过大、移动性不足等缺点；以及解决传统裂纹应变传感器制备方法精度不足，影响传感元件使用寿命等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了微裂纹应变传感元件，包括：基底层、金属薄膜、保护层、输出电极、封装层；所述金属薄膜设于基底层上，所述金属薄膜由两种金属材料沉积而成，所述金属薄膜设有图案化裂纹结构；所述保护层设于金属薄膜上；所述输出电极连接于金属薄膜，用于输出电信号；所述封装层设于保护层上。

在本发明的一个实施例中，所述基底层的材料包括：聚酰亚胺(PI)、聚乙烯对苯二甲酸脂(PET)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙(PA)、流延聚丙烯薄膜(CPP)材料的薄膜。

在本发明的一个实施例中，所述金属薄膜层为采用金(Au)薄膜和铬(Cr)相沉积而成的薄膜，其中金(Au)替换的金属材料包括：铂(Pt)、银(Ag)、铜(Cu)。

在本发明的一个实施例中，所述保护层的原料采用环氧树脂A液与B液按照重量比3:1的比例混合搅拌而成。

在本发明的一个实施例中，所述封装层的原料采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)样液按重量比10：1的比例混合搅拌而成。

本发明还提供了一种制备所述微裂纹应变传感元件的方法，包括如下步骤：

(1)根据所需传感元件形状制作带有相应镂空形状的镀膜模板，将镀膜模板放置于基底层上，在基底层上镀上由两种金属材料沉积而成的金属薄膜层；

(2)根据所需裂纹的密度与位置制作带有相应镂空形状的图案的保护层模板上设计，并喷涂上脱模剂；

(3)将保护层模板固定于金属薄膜层表面，并将保护层的原料刷涂在保护层模板上；

(4)待保护层固化后进行脱模，并布置输出电极，得到样片；

(5)将封装层的原料旋涂于样片表面；

(6)对金属薄膜层进行弯曲和拉伸操作以在金属薄膜层表面得到图案化裂纹结构。

在本发明的一个实施例中，所述镀膜模板的结构包括镂空部分，所述镂空部分两端设有凸出部分。

在本发明的一个实施例中，所述保护层模板的结构包括间隔的长方形状的镂空槽。

在本发明的一个实施例中，所述图案化裂纹结构为在金属薄膜层表面的裂纹阵列，所述裂纹位于在金属薄膜层表面间隔排列的保护层之间。