[發明專利]一種壓力傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201810182414.9
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108444619A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 李勝夏;任大勇;藍河
• 申請（專利權）人: 上海冪方電子科技有限公司
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本公開內容在第一方面提供了一種柔性壓力傳感器，第二方面提供了第一方面中所述柔性壓力傳感器的制備方法。本公開內容所述技術方案通過在柔性基底上依次打印電極陣列、刮涂壓敏材料，制備了結構簡單的柔性壓力傳感器，避免了昂貴設備和復雜工藝的使用，具有器件結構簡單、靈敏度高、成本低、可快速且大面積制備的技術效果。

技術領域

本發明涉及壓力傳感器及其制備方法，具體涉及一種柔性電容式壓力傳感器及其制備方法。

背景技術

壓力傳感器是將感受到的壓力信號按照一定規律轉化為電信號進行輸出的器件或裝置，通常由壓力敏感元件和信號處理單元組成。壓力傳感器廣泛應用于工業自控環境中，應用領域涉及石油石化、航空航天、生產自控、智能建筑、鐵路交通、水利水電、電力、軍工、機床等，具體用于壓力、高度、加速度、液體的流量、流速、液位、壓強的測量與控制。

1945年，史密斯發現了硅和鍺的壓阻效應，即當機械力作用于半導體材料時，其電阻將明顯發生變化。最初的結構是將應變電阻片粘在金屬薄膜上，即將力信號轉化成電信號進行測量。隨著材料技術、微機械加工技術和微電子技術的發展，壓力傳感器的結構從傳統設計轉向微結構化設計，并取得了長足的發展。壓力傳感器種類較多，應用較廣泛的有壓阻式壓力傳感器和電容式壓力傳感器等，其中壓阻式壓力傳感器因其制備工藝與工業半導體工藝兼容性高、制備工藝簡單而應用最為廣泛。但是壓阻式壓力傳感器溫度特性差、靈敏度低、功耗大，在可靠性、精度要求高的應用領域效果不理想。電容式壓力傳感器普遍采用平板電容方式，將壓敏材料膜作為電容器的介質層，在受到外力作用時，壓敏膜感知外力發生形變，造成電容器兩極間距變化，從而引起電容變化。

近些年來，由于柔性電子的興起，柔性高分子聚合物材料如聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚乙烯等由于其成本低，柔性好，粘附性好、內應力低、制備工藝簡單、介電性能優異等優點被廣泛用來制備柔性電容式傳感器。

在以改分子材料為介質層的電容式壓力傳感器的現有技術中，存在的問題主要有兩方面：1)為了提高傳感器的靈敏度，通常對壓敏材料進行微結構化處理，而現有技術中主要通過光刻顯影制備掩模版，然后濺射或蒸鍍金屬電極，形成微陣列或納米陣列電極傳感器，該工藝涉及的設備昂貴、制備工藝復雜，電極結構設計靈活性受限，且不利于大面積制備，且工藝過程涉及參數較多，電極的靈敏度有待提高，中國專利申請CN107219194A中記載了通過熱轉印法制備具備應激響應的圖案化微納米結構的聚電解質復合物的方法，其圖案化過程涉及首先在圖案化的硅基板培養皿中制備聚二甲基硅氧烷(PDMS)圖案化印章，然后以PDMS印章為模板，熱轉移制備圖案化微納米結構的聚電解質復合物，其制備過程中參數較多，工藝復雜；2)壓敏材料或介質層材料多采用勻膠機旋涂形成，如CN106098927A號中國專利申請中記載了一種三明治式柔性電容式壓力傳感器，其中通過旋涂法制備PDMS層，旋涂工藝易造成原材料的浪費，使成本升高。

因此，提供一種具有高靈敏度、成本低、制備工藝簡單、可快速大面積制備的柔性壓力傳感器及其制備方法是現有技術中亟待解決的問題。

發明內容

為了解決以上現有技術中存在的問題，本發明人在經過大量試驗后，在本發明的第一方面提供了一種柔性壓力傳感器，該壓力傳感器具有微陣列化特性，因而具有高靈敏度，以及較好的線性響應特性；第二方面提供了第一方面中所述柔性壓力傳感器的制備方法，其首先在第一襯底和第二襯底上分別通過噴墨打印法制備微陣列電極，然后分別在所述第一和第二電極層上刮涂壓敏材料復合物形成壓敏材料層，并將兩個壓敏材料層相對貼合形成壓力傳感器，所述噴墨打印制備微陣列電極工藝以及刮涂壓敏材料復合物制備壓敏材料層的工藝實現了壓力傳感器的全打印法制備，簡化了設備及工藝，同時避免了現有技術中噴涂、旋涂工藝造成的原料浪費，以及光刻、蒸鍍電極造成的高成本。

本發明在第一方面提供了一種壓力傳感器，包括：

第一襯底；

第一電極層，打印于所述第一襯底上；