[發明專利]可穿戴壓力傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 201810116731.0
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108318161B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 高陽;軒福貞;于國輝;徐夢迪;談建平
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: G01L1/20
• 分類號: G01L1/20
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 董慶

本發明提供一種工藝簡單、高效、成本低，能制造性能優良的可穿戴壓力傳感器的方法及由該方法制造的可穿戴壓力傳感器。上述方法包括：制備PDMS柔性襯底；制備PDMS微球；將PDMS微球涂布在PDMS柔性襯底上；配制碳納米管溶液，將其涂布在PDMS柔性襯底及PDMS微球的表面上，然后干燥，得到在PDMS柔性襯底上具有由微球構成的微結構的導電復合薄膜；在導電復合薄膜的一端涂布納米銀顆粒導電糊料，干燥后形成電極；將分別包括導電復合薄膜和電極的第一電極部和第二電極部以微結構相對的方式層疊，得到可穿戴壓力傳感器。根據上述方法制造的可穿戴壓力傳感器在智能假肢、生物醫療、機器人等領域有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于壓力傳感器領域，具體涉及基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)微球的可穿戴壓力傳感器及其制造方法。

背景技術

在智能假肢、實時醫學監測與診斷、人工智能(機器人)等領域具有巨大應用前景的電子皮膚在最近幾年得到了飛速的發展(Zang,Y.；Zhang,F.；Di,C.-a.；Zhu,D.,Advances of flexible pressure sensors toward artificial intelligence andhealth care applications.Materials Horizons 2015,2(2),140-156；Hammock,M.L.；Chortos,A.；Tee,B.C.K.；Tok,J.B.H.；Bao,Z.,25th anniversary article:Theevolution of electronic skin(E-Skin):A brief history,design considerations,and recent progress.Advanced Materials 2013,25(42),5997-6038.)。電子皮膚通過集成壓力、應變、溫度、濕度等多型傳感器能夠模擬人體皮膚的功能(Chortos,A.；Liu,J.；Bao,Z.A.,Pursuing prosthetic electronic skin.Nature Materials 2016,15(9),937-950.)。其中，壓力傳感器是電子皮膚中的一個關鍵傳感器，它能將外界所施加的力轉變成為可探測的電學信號。

壓力傳感器通常采用電阻工作模式，一般采用以下兩種結構：1)導電材料/彈性體復合結構：將導電材料填充至彈性體襯底內部形成復合材料，通過復合材料壓阻特性的改變得到所受壓力信息；2)基于接觸電阻的雙電極結構。將導電材料涂覆于兩塊彈性體的表面，通過這兩塊電極之間的接觸電阻的改變來獲得所受壓力信息。雖然這兩種構造的壓力傳感器具有工作原理簡單、制造成本低、功耗小等特點，但由于彈性體材料本身所具有的大的黏彈性和大的楊氏模量，造成壓力傳感器靈敏度較低、響應慢、溫漂嚴重。

針對上述問題，目前已有一些解決辦法，例如，專利CN106644189A中提出了一種微結構壓力傳感器，用以提高器件的靈敏度，該微結構壓力傳感器的制備方法包括將單層膠體微球緊密排列在基底上，在膠體微球上沉積PDMS材料，固化后將PDMS層剝離，并通過溶劑溶解膠體微球，得到具有周期性排列的微納凹洞的柔性PDMS模板，向微納凹洞內澆注碳納米管和PDMS的混合液，固化后形成柔性導電復合預制薄膜，將其剝離以得到表面形成周期性排列的單層微半球陣列的柔性導電復合薄膜，利用兩個上述柔性導電復合薄膜制造柔性壓力傳感器。上述方法需要制備膠體微球并將其用以制作模板，再利用該模板來制作柔性導電復合薄膜，制備工序較為復雜。

另外，專利CN 105758562A提出使用飛秒激光器在化學氣相沉積系統中得到具有微結構化的硅基板，而后采用倒模法獲得微結構彈性體，實現壓力傳感器的制備。由于制備過程中需要使用真空環境腔，致使傳感器的制造成本較高。

因此，需要一種制造方法簡單、高效、成本低、性能優良的可穿戴壓力傳感器及其制造方法。

發明內容