[发明专利]一种基于金属气凝胶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金属气凝胶的柔性压力传感器及其制备方法。所述柔性压力传感器包括柔性压阻传感层和与所述柔性压阻传感层连接的电极层，所述柔性压阻传感层包括多孔弹性海绵、金属气凝胶和聚合物。本发明利用多孔弹性海绵作为支撑体对金属气凝胶进行有效支撑，并用聚合物固定金属气凝胶解决现有金属气凝胶由于机械稳定性能差而无法承受较大压力和变形的问题的同时保留金属气凝胶连续的三维导电网络，安装上下电极后便获得一种基于金属气凝胶的压阻型柔性压力传感器，该柔性压力传感器具有良好的导电性，高灵敏度，可长期持续工作，金属气凝胶压阻响应保持稳定。

技术领域

本发明涉及压力测量技术领域，尤其涉及一种基于金属气凝胶的柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

柔性压力传感器因其在物联网、可穿戴设备、医疗诊断、人机界面、电子皮肤和软机器人领域的应用而备受关注。为制备高性能的柔性压阻型压力传感器，已经开发了几种制备柔性压力传感器的策略。例如将微柱、微金字塔、微穹顶、空心球、互锁微结构和仿生微结构等微结构引入电极和传感层以实现高灵敏度。虽然已经开发了许多微结构来制备高灵敏度柔性压力传感器，但高灵敏度只出现在低压区域，在大压力下灵敏度会迅速下降。此外，该策略的微结构阵列需要复杂的制造工艺。与微纳加工相比，化学合成是另一种制备柔性压力传感器的方式，直接使用三维多孔导电材料制备柔性压力传感器的方式具有密度低、变形范围大、制备方法简单、性价比高等优点。

三维多孔导电金属气凝胶具有高导电性、多孔性和低密度等优点，被认为是很有前途的柔性压力传感器传感材料。但是，由于金属气凝胶自身机械稳定性能较差，使得其在应用过程中不能够充分利用其自身的导电和结构优势，严重阻碍了金属气凝胶在柔性压力传感领域的应用和发展。

因此，现有技术仍有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于金属气凝胶的柔性压力传感器及其制备方法，旨在解决现有金属气凝胶由于机械稳定性能差而无法承受较大压力和变形的问题。

本发明的技术方案如下：

一种基于金属气凝胶的柔性压力传感器，其中，包括柔性压阻传感层和与所述柔性压阻传感层连接的电极层，所述柔性压阻传感层包括多孔弹性海绵、金属气凝胶和聚合物。

可选地，所述电极层包括第一柔性电极层和第二柔性电极层，所述第一柔性电极层设置于所述柔性压阻传感层的第一表面，所述第二柔性电极层设置于所述柔性压阻传感层的第二表面，所述第一表面与所述第二表面相对设置；

或者，所述电极层包括第一柔性电极层和第二柔性电极层，所述第一柔性电极层和第二柔性电极层设置于所述柔性压阻传感层的同一表面；

所述第一柔性电极层的材料为铜箔、银箔或金箔，所述第二柔性电极层的材料为铜箔、银箔或金箔。

可选地，所述多孔弹性海绵为多孔TPU海绵、多孔三聚氰胺海绵、多孔PDMS海绵、多孔聚乙烯醇海绵中的一种。

可选地，所述聚合物为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、PDMS、聚苯乙烯中的至少一种。

可选地，所述柔性压阻传感层中，所述多孔弹性海绵、金属气凝胶和聚合物的质量比在1:0.01～0.2:0.001～0.5的范围内。其具有较广的调整范围和高灵活性。

一种本发明所述的基于金属气凝胶的柔性压力传感器的制备方法，其中，包括步骤：

提供柔性压阻传感层，所述柔性压阻传感层包括多孔弹性海绵、金属气凝胶和聚合物；

在所述柔性压阻传感层的表面形成电极层，得到所述柔性压力传感器。

可选地，所述柔性压阻传感层的制备方法，包括步骤：