[發(fā)明專利]一種高靈敏度電容型柔性壓力傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710042874.7
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106813811B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘力佳;汪俊;程文;馬仲;施毅
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14;A61B5/024
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

1.一種電容型柔性壓力傳感器，其特征在于：包括多層次微結(jié)構(gòu)材料，附著于多層次微結(jié)構(gòu)材料表面上的電容器上電極，電介質(zhì)材料和電介質(zhì)材料下表面的電容器下電極；多層次微結(jié)構(gòu)材料和電介質(zhì)材料平面平行疊合；所述多層次微結(jié)構(gòu)材料為如下結(jié)構(gòu)：縱截面的形狀為面分布且排列的若干金字塔形或邊緣平滑的類金字塔形、半球形、橢球形、圓錐形、V字形形狀；多層次微結(jié)構(gòu)材料采用聚合物彈性材料；

所述多層次，縱截面的形狀存在大小不一多種尺寸微結(jié)構(gòu)材料，使得在受壓過程中大尺寸微結(jié)構(gòu)先發(fā)生形變；隨著壓力增大，多層次微結(jié)構(gòu)材料發(fā)生形變，實現(xiàn)壓力的測量范圍增大。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于：縱截面的各種形狀的長度尺寸大小5um-200um。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于：縱截面的形狀與形狀的中心間距5um-500um。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于：微結(jié)構(gòu)材料為PDMS、聚氨酯或橡膠。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于：所述電介質(zhì)材料1）使用商業(yè)電容薄膜BOPP，即雙向拉伸聚丙烯薄膜，其厚度為2-50um；2）使用聚乙烯、PDMS或硅橡膠材料所得介電層薄膜。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器的制備方法，其特征是，制備工藝流程為：

1）<100>晶向硅片，在硅片表面鍍有100-500nm厚SiO₂薄膜，清洗，烘干；

2）Si-SiO₂表面旋涂AZ1500或S1805光刻膠，旋涂速度3000-6000轉(zhuǎn)/S，旋涂時間30-90S；置于熱臺90-130℃ 堅膜，時間40-80S；

3）步驟2）所得樣品放置在有掩模光刻機中，曝光時間2-10S；

4）步驟3）所得樣品置于正膠顯影液中，顯影10-30S；

5）然后烘干，90-130℃，2-10min；

6）步驟5）所得樣品刻蝕，直到獲得金字塔形凹槽；置于2%-10%四甲基氫氧化銨（TMAH）溶液，50-100℃刻蝕；

7）當尖銳邊緣的刻蝕時，將步驟6）所得樣品置于BOE刻蝕液刻蝕2-10min；

8）對于邊緣光滑類金字塔形微結(jié)構(gòu)則跳過步驟7），將步驟6）所得樣品置于65%HNO₃：40%NH₄F=2:1溶液中刻蝕所得；

9）步驟8）所得樣品置于紫外臭氧清洗機中處理0.5-2h，使表面親水；并置于0.1%-2%十八烷基三氯硅烷/正庚烷溶液中疏水處理1-2h；

10）將PDMS預(yù)聚物和交聯(lián)劑混合液澆筑于步驟9）得到的樣品模板上，并抽真空，排除氣泡，置于烘箱50℃- 100 ℃，1-4h；聚合后揭開聚合物材料后得到多層次微結(jié)構(gòu)材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于：（1）多層次微結(jié)構(gòu)材料及電介質(zhì)材料上制備金屬電極：使用電子束蒸鍍、熱蒸鍍、等離子體蒸鍍、磁控濺射或電鍍方法，在多層次微結(jié)構(gòu)材料即PDMS微結(jié)構(gòu)及電介質(zhì)材料上表面及電介質(zhì)層表面先蒸鍍一層4-20nm Ti，再蒸鍍一層20-100nm Au；（2）采用導(dǎo)電聚合物電極、石墨烯或碳納米管電極材料覆蓋在多層次微結(jié)構(gòu)材料及電介質(zhì)材料上。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于：整個壓力傳感器件所用材料均為柔性的材料，使得器件能貼附在大部分彎曲表面。