[发明专利]一种波纹结构柔性压容传感器及其制备方法

说明书

本申请公开了一种波纹结构柔性压容传感器及其制备方法subgt;，/subgt;涉及智能纺织服装领域，利用本申请的制备方法制备得到的波纹结构柔性压容传感器包括柔性介电层以及两个电极层；柔性介电层利用柔性光固化弹性材料进行光固化3D打印制作得到，柔性介电层的沿着纵向的至少一侧表面呈包含凸起的波峰和下凹的波谷的波纹结构；两个电极层分别贴合制作在柔性介电层的沿着纵向的两侧表面上。本申请实现了柔性传感器的结构多样、特殊设计和精准制造，柔性介电层的波纹结构在受力被压缩时，柔性介电层的相对介电常数、两个电极层之间的有效正对面积和距离发生改变，使得柔性压容传感器在具有较好的回弹性和柔韧性的基础上也具有较高的灵敏度。

技术领域

本申请涉及智能纺织服装领域，尤其是一种波纹结构柔性压容传感器及其制备方法。

背景技术

柔性传感器在智能可穿戴、远程电子医疗和智能机器人等方面的应用是智能纺织服装研究的重点。当外部环境、物理以及化学等刺激作用于可穿戴柔性传感器时，它可以将其转换成可量化的电信号。此外，它可以用于无创实时监测生命体征，为相关疾病的诊断、预防和康复提供重要的临床信息，是智能可穿戴设备未来发展的关键设备。柔性压力传感器作为可穿戴设备中传感器的一种，柔软性好，穿戴舒适，广泛地应用在生理信号探测与人机交互领域中。传统的电子传感器材质大多为金属或者无机半导体，存在体积大、重量重、应变范围小等问题，其灵敏度和拉伸性受到很大限制，不适合监测生理信号。柔性压力传感器与之相比具有良好的生物相容性、较高的灵活度以及较强的柔韧性，极大地扩展了应用范围。

目前，根据电信号转换机制，柔性压力传感器主要包括电阻式、电容式、压电式及摩擦电式四种。其中，柔性压容传感器兼具结构简单、功耗低、灵敏度高、响应时间快、检测范围广等优点，是目前研究较多应用较广的压力传感器类型。

通常，柔性压容传感器采用一个柔性介电层及其两侧的两个电极层形成的三明治式结构，柔性介电层位于两个电极层中间，对柔性压容传感器的性能有重要影响。柔性介电层采用的介电材料大致分为聚合物介电层和织物介电层：常用的聚合物介电材料有聚氨酯(PU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、有机硅弹性体(Ecoflex)、聚苯乙烯(PS)、聚酯(PET)等，与织物介电层相比，它们具有较好的回弹性且不易磨损变形，但它们的杨氏模量较高，会导致柔性压容传感器的灵敏度往往较低。

发明内容

本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种波纹结构柔性压容传感器及其制备方法，本申请的技术方案如下：

一种波纹结构柔性压容传感器，该柔性压容传感器包括柔性介电层以及两个电极层；

柔性介电层利用柔性光固化弹性材料进行光固化3D打印制作得到，柔性介电层的沿着纵向的至少一侧表面呈包含凸起的波峰和下凹的波谷的波纹结构；

两个电极层分别贴合制作在柔性介电层的沿着纵向的两侧表面上。

其进一步的技术方案为，柔性介电层基于表面具有波纹结构的一个或多个片材结构形成，且多个表面具有波纹结构的片材结构沿着纵向堆叠。

其进一步的技术方案为，柔性介电层沿着纵向的两侧表面的波纹结构按照预定角度交叉。

其进一步的技术方案为，柔性介电层基于多个条状结构形成，每个条状结构弯曲形成波纹结构，所有条状结构弯曲形成沿着同一个方向的波纹结构或者弯曲形成沿着多个不同方向的波纹结构。

其进一步的技术方案为，弯曲形成沿着不同方向的波纹结构的条状结构之间相互交织形成平纹组织、斜纹组织或缎纹组织。

其进一步的技术方案为，存在至少一个条状结构的内部设置有预定中空孔径的空腔，和/或，存在至少一个条状结构的壁面开设有预定孔隙率的壁面开孔。

其进一步的技术方案为，每个电极层采用导电织物制成，或者，电极层采用弹性体和导电填料的混合溶液制成；