[发明专利]用于柔性充气展开结构测量的柔性压力传感器制备方法

说明书

用于柔性充气展开结构测量的柔性压力传感器制备方法，属于柔性压力传感器制备技术领域。该制备方法，可以获得具有不同高灵敏度以宽线性范围的柔性压力传感器。包括以下步骤：S1.在合金表面制备具有分级结构的微弧氧化陶瓷膜作为模板；S2.在微弧氧化陶瓷膜表面浇注液态高分子聚合物；S3.高分子聚合物固化进行陶瓷膜表面微结构的拓印；S4.剥离出获得微结构的高分子聚合物薄膜；S5.在高分子聚合物薄膜表面进行电极的制备；S6.两个高分子聚合物薄膜组装成压力传感器。本发明采用具有分级结构的陶瓷膜作为拓印模板，拓印模板可以根据要求自行设计和制备，从而可以获得具有不同高灵敏度、宽线性范围以及压力测量范围的柔性压力传感器。

技术领域

本发明属于柔性压力传感器制备技术领域，具体涉及一种用于柔性充气展开结构测量的柔性压力传感器制备方法。

背景技术

柔性充气展开结构(如高空气球、飞艇、薄膜天线、气动软体机器人等)是由柔性复合材料(如薄膜、织物等)制备而成，通过充气膨胀展开并维持其形状或者作动变形，因此该结构内部压力的测量和实时监测对该类结构具有重要意义。但是，目前用于该类结构压力测量的传感器通常都是刚性的金属器件，一方面很难植入到柔性充气结构中，另一方面刚柔结构的连接处容易出现应力集中，导致结构出现漏气或破裂。

柔性压力传感器(也称薄膜压力传感器)由于其独特的高柔性、耐久性、材料相容性以及重量轻、材料薄等优点，能够依附于柔软的充气结构表面或内部进行压力等参数的测量，实现对柔性充气结构的在线监测。

根据工作原理的不同，柔性压力传感器可以分为电阻式、电容式和压电式，其中电阻压力传感器具有检测范围宽、耐久性长、结构简单并且容易实现器件微型化等优点，因此基于电阻式的柔性压力传感器是目前应用最广泛的一种柔性传感器件。

电阻式压力传感器的原理为压力的变化引起薄膜电极之间接触距离和面积的变化，从而导致电极之间电阻的变化，通过对电阻变化值的标定进行压力的测量。在各种电阻式柔性压力传感器中，基于表面微结构的电阻式传感器具有更高的灵敏度，其电极表面的微结构对于传感器的灵敏度、检测限等性能具有决定性的影响。

现有的基于表面微结构的柔性压力传感器可分为表面具有规则微结构的柔性压力传感器和表面具有分级结构的柔性压力传感器。前者主要以具有阵列结构的表面作为模板，如光刻工艺制备的具有圆柱状、三角状等阵列式分布的硅片，或者阳极氧化技术制备的具有阵列式纳米孔分布的氧化膜，通过在模板表面浇注高分子聚合物进行微结构的拓印，由于这种表面规则微结构之间的接触面积比较固定，从而不利于柔性压力传感器灵敏度的提升。

表面具有分级结构的柔性压力传感器在受力过程中的接触面积会发生改变，从而表现出更高的灵敏度。目前柔性压力传感器表面分级结构的制备方法主要有两种：一是基于硅模板的复杂图案化刻蚀工艺，二是使用天然微结构作为模板复制微结构。这两种工艺具有明显的优缺点。前者的制作工艺步骤繁琐，制作成本高，难以制作大面积的柔性传感器。相比之下，后者的制作省去了制作硅模板的过程，简化了制作工艺，但不能对分级结构的尺寸、分布进行调控，只能被动接受天然物体表面形貌，不能获得具有不同灵敏度、线性范围以及压力测量范围的柔性压力传感器。

发明内容

本发明为了解决上述背景技术存在的问题，进而提供一种用于柔性充气展开结构测量的柔性压力传感器制备方法，可以获得具有不同高灵敏度以宽线性范围的柔性压力传感器。

本发明所采取的技术方案是：

用于柔性充气展开结构测量的柔性压力传感器制备方法，包括以下步骤：

S1.在合金表面制备具有分级结构的微弧氧化陶瓷膜作为模板；

S2.在微弧氧化陶瓷膜表面浇注液态高分子聚合物；

S3.高分子聚合物固化进行陶瓷膜表面微结构的拓印；

S4.剥离出获得微结构的高分子聚合物薄膜；