[發(fā)明專利]復(fù)合材料及由復(fù)合材料制成的力感應(yīng)薄膜

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580079150.9
• 申請(qǐng)日: 2015-07-15
• 公開（公告）號(hào): CN107532951A
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李灝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳紐迪瑞科技開發(fā)有限公司
• 主分類號(hào): G01L1/18
• 分類號(hào): G01L1/18;G06F3/00
• 代理公司: 深圳中一聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司44414
• 代理人: 張全文

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及壓力傳感器領(lǐng)域，更具體地來說，本發(fā)明涉及一種用于力感應(yīng)薄膜的復(fù)合材料及由復(fù)合材料制成的力感應(yīng)薄膜。

背景技術(shù)

基于由材料的內(nèi)在或外在變化造成的阻力變化的力傳感器已廣為人知。內(nèi)在的改變?yōu)椴牧系淖柚档母淖儯庠诘母淖優(yōu)椴牧蠋缀紊系母淖儭２牧系淖柚悼梢员槐硎緸镽＝rL/A，其中，r為被稱為電阻率的內(nèi)在材料性質(zhì)，L為該材料的長度，A為該材料的橫截面積。施力可以改變?cè)摿鞲衅鞯男螤?L/A)或電阻率，該力傳感器的形狀或電阻率的改變引起該材料的電阻的可測(cè)量的變化。

在現(xiàn)有技術(shù)中，存在兩種不同類型的力傳感器，一種被稱為應(yīng)變式傳感器，其中，只有幾何形狀的改變才能引起電阻的改變；另一種被稱為壓阻式傳感器，對(duì)于壓阻式傳感器，幾何和材料性質(zhì)上的改變引起電阻的改變。

典型的應(yīng)變式傳感器由金屬制成。應(yīng)力增加了應(yīng)變儀的長度并減少了該應(yīng)變儀的橫截面積，但并未改變電子遷移率，因而并不改變?cè)摬牧系碾娮杪省?/p>

典型的壓阻式傳感器是聚合物基的。應(yīng)力通過使傳導(dǎo)中心被擠壓地更靠近在一起或在張力下被進(jìn)一步地推開的方式改變?cè)摬牧系碾娮杪省Ｔ谶@種情況下，雖然該材料在幾何上產(chǎn)生了改變，但是該材料的內(nèi)在電阻率的變化對(duì)電阻的變化起到了決定作用。品質(zhì)因數(shù)最好被表示為靈敏度因子，其中，SF＝(dR/R)/dP(微分方程)，圖中的InRVSF為響應(yīng)曲線的斜率，即與力的變化(ΔF)相關(guān)的電阻中的對(duì)數(shù)變化(ΔlnR)。

低成本應(yīng)變式傳感器通常由金屬箔制成。金屬箔應(yīng)變儀具有數(shù)值大約為2的低的應(yīng)變系數(shù)，因此需要足夠大的應(yīng)變變化來獲得可測(cè)量的電阻變化。該金屬箔的阻值需要通過采用蛇形設(shè)計(jì)增加金屬長度的方式被提高，以確保該金屬應(yīng)變儀的信號(hào)不被電子設(shè)備的電阻(即引線電阻)所屏蔽。因此，存在著對(duì)能夠測(cè)量微觀尺寸變化的更可靠的力傳感器的需求。

金屬應(yīng)變儀的一些缺陷可以通過采用半導(dǎo)體工藝重新設(shè)計(jì)該力傳感器的方式進(jìn)行克服。半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備非常昂貴，但其能生產(chǎn)更可靠的力傳感器，這是因?yàn)闊徨e(cuò)配能夠被更好地控制。膠水連接件是不需要的，因?yàn)閭鞲衅鞅恢苯又圃煸诠杌迳希⑶也牧掀趩栴}已通過材料的選擇、純度及先進(jìn)的器件設(shè)計(jì)得到解決。典型的半導(dǎo)體工藝要求高溫(250攝氏度至1000攝氏度)。半導(dǎo)體制造的力傳感器為硅微機(jī)械設(shè)備(懸臂梁或薄膜)，或離子注入硅力敏電阻。基于該硅微機(jī)械設(shè)備或離子注入硅力敏電阻的力傳感器所具有的大約100至200的應(yīng)變系數(shù)。半導(dǎo)體工藝中的力傳感器的最新開發(fā)是基于壓阻式傳感器的旋涂的固有導(dǎo)電聚合物的使用。半導(dǎo)體制造的力傳感器是用于測(cè)量微尺寸變化的很好且可靠的力傳感器，除了這些傳感器價(jià)格昂貴且不適用于要求低溫制造環(huán)境(低于250攝氏度)的柔性的高分子型的基質(zhì)之外。因此，仍存在著對(duì)低成本的、可靠的、在低溫環(huán)境下制造的高靈敏度的力傳感器的需求。

低成本壓阻式傳感器通常由包含金屬微粒的聚合物制成。對(duì)于壓阻式傳感器的制造材料，該金屬微粒的尺寸不能大于該傳感器所需的厚度和最小尺寸的要求。典型的壓阻薄膜需要具有1微米至50微米的厚度，因此，金屬顆粒在尺寸上至少需要具有更小的尺寸。獲得同批的具有1微米或小于1微米的尺寸的高純度金屬微粒是很難的，且造價(jià)昂貴。另一方面，在將金屬微粒用于制造壓阻薄膜時(shí)，這些金屬微粒必須經(jīng)常被保存于液體溶劑之中。各種低成本的印刷技術(shù)，比如噴墨或絲網(wǎng)印刷技術(shù)對(duì)于例如黏度、濕潤度、對(duì)于設(shè)備和掩膜的溶劑相容性、溶劑干燥特性等溶液特征有著苛刻的要求，這些溶液特征造就了復(fù)雜的材料配方。這些印刷相關(guān)的問題繼而造成了在厚度、顆粒物分布、基質(zhì)附著力等方面不均勻的薄膜性能。因此，希望開發(fā)更好的，用于低成本的印刷工藝，更加易于金屬高分子復(fù)合膜的生產(chǎn)的原料溶液。

技術(shù)問題

技術(shù)解決方案

為了克服上述問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝藦?fù)合材料，該復(fù)合材料包括塑料溶膠及至少兩種填料，其中，該至少兩種填料包括絕緣填料和至少一種導(dǎo)電填料。

本申請(qǐng)的另一目的在于：提供一種力感應(yīng)薄膜，該力感應(yīng)薄膜由根據(jù)本申請(qǐng)各個(gè)實(shí)施例的復(fù)合材料制成。

本申請(qǐng)進(jìn)一步的目的在于提供一種力傳感器，該力傳感器包括本申請(qǐng)的力感應(yīng)薄膜。

有益效果