[實(shí)用新型]壓力敏感層、壓阻式壓力傳感器及壓阻式壓力傳感陣列

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720424963.3
• 申請(qǐng)日: 2017-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN206740283U
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張旻;王旭東;劉易鑫;梁家銘;吳一川;王曉浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號(hào): G01L1/22
• 分類號(hào): G01L1/22;G01L9/04
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司44223
• 代理人: 劉莉

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及的是壓力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于壓阻式壓力傳感器的壓力敏感層、壓阻式壓力傳感器及壓阻式壓力傳感陣列。

背景技術(shù)

隨著微型計(jì)算機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及工業(yè)4.0的實(shí)施，可穿戴設(shè)備作為物聯(lián)網(wǎng)感知生命信號(hào)的接口，其越來(lái)越得到重視與發(fā)展，其可完成對(duì)各類生命體征信號(hào)的采集、檢測(cè)與分析，并顯示在終端設(shè)備。而為保證可穿戴設(shè)備柔韌性、舒適性與便攜性，柔性傳感器與電子皮膚成為可穿戴設(shè)備的研究熱點(diǎn)。高靈敏柔性壓力傳感器可采集生命的呼吸，心率、脈搏等多種體征信號(hào)，在此研究中備受關(guān)注。同時(shí)高靈敏壓力傳感器也可廣泛應(yīng)用于移動(dòng)終端、汽車裝備與軍事航天等領(lǐng)域。

壓力傳感器依其工作原理，可以分為壓阻式、電容式與壓電式等。壓阻式壓力傳感器相比于其他傳感器具有靈敏度高，測(cè)量范圍大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。為獲取較高靈敏度的壓阻式傳感器，一般從傳感器的結(jié)構(gòu)與材料兩方面研究。但目前，壓阻式壓力傳感器仍然存在一些不足，如靈敏度不高、成本較高等。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于壓阻式壓力傳感器的壓力敏感層、壓阻式壓力傳感器及壓阻式壓力傳感陣列，其靈敏度高、易于加工成型、易于微型化與陣列化、成本低。

本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于壓阻式壓力傳感器的壓力敏感層，包括石墨烯材料和聚合物彈性體；所述石墨烯材料是疏松多孔的且具有微結(jié)構(gòu)陣列，所述聚合物彈性體包覆在所述石墨烯材料外且滲入所述石墨烯材料的各個(gè)孔中。

優(yōu)選地，所述微結(jié)構(gòu)陣列中的微結(jié)構(gòu)為錐形、截頂錐形和球形中的至少一種。

優(yōu)選地，當(dāng)所述微結(jié)構(gòu)為錐形或截頂錐形時(shí)，錐度范圍在30°～90°之間。

優(yōu)選地，所述孔的孔隙率為25％-65％。

優(yōu)選地，所述壓力敏感層的厚度為5-200μm。

優(yōu)選地，所述石墨烯材料為激光誘導(dǎo)石墨烯。

優(yōu)選地，所述聚合物彈性體為PDMS、TPU、PET、硅橡膠或聚氨酯橡膠。

一種壓阻式壓力傳感器，包括第一電極板、第二電極板以及至少一層所述的壓力敏感層；所述壓力敏感層置于所述第一電極板和所述第二電極板之間，所述第一電極板中的每一個(gè)電極和/或所述第二電極板中的每一個(gè)電極與所述微結(jié)構(gòu)陣列中的至少一個(gè)微結(jié)構(gòu)接觸，所述第一電極板、所述壓力敏感層和所述第二電極板相互鍵合。

優(yōu)選地，所述壓阻式壓力傳感器是柔性的。

一種包括所述的壓阻式壓力傳感器的壓阻式壓力傳感陣列。

本實(shí)用新型的有益效果包括：壓力敏感層中的微結(jié)構(gòu)對(duì)微弱壓力變化敏感，且石墨烯的疏松多孔對(duì)壓力也極為敏感，兩者共同作用增大了壓阻式壓力傳感器的靈敏度，具體來(lái)說(shuō)，由本實(shí)用新型的壓力敏感層形成的壓阻式壓力傳感器，當(dāng)外界壓力作用于電極板，會(huì)使得產(chǎn)生形變的壓力敏感層的電阻產(chǎn)生變化，即微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，同時(shí)石墨烯內(nèi)部的疏松多孔結(jié)構(gòu)也會(huì)壓縮變形，這均導(dǎo)致整體壓力敏感層的電阻值變化，然后第一電極板和第二電極板通過(guò)施加電壓，將此電阻值轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，從而可感知外界壓力大小。本實(shí)用新型的壓力傳感器能夠?qū)⑼饨鐗毫D(zhuǎn)化為電信號(hào)以此感知外界壓力，具有靈敏度高、柔韌性好、易于微型化、陣列化以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1中的壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)爆炸示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1中的壓阻式壓力傳感器的剖面示意圖；

圖3A是實(shí)施例1中形成的石墨烯的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3B為圖3A中的一個(gè)微結(jié)構(gòu)的放大示意圖；

圖3C為圖3A中的石墨烯材料的掃描電鏡圖；

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例1中形成的壓力敏感層的剖面示意圖；

圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例1的制作壓阻式壓力傳感器的流程示意圖；

圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例2的制作壓阻式壓力傳感器的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實(shí)用新型的范圍及其應(yīng)用。

本實(shí)用新型提供一種用于壓阻式壓力傳感器的壓力敏感層，在具體實(shí)施方式中，所述壓力敏感層包括石墨烯材料和聚合物彈性體；所述石墨烯材料是疏松多孔的且具有微結(jié)構(gòu)陣列，所述聚合物彈性體包覆在所述石墨烯材料外且滲入所述石墨烯材料的各個(gè)孔中。其中，由石墨烯材料(包括形成的微結(jié)構(gòu))整體都是疏松多孔的。