[發明專利]一種柔性力敏傳感器及其制備方法、陣列器件和應用

在審

• 申請號: 201810229752.3
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108469319A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 鄧維禮;楊維清;翟福琪;楊濤;趙凡漪;朱婷;蔡萬源;李兆峰;熊達;田果
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;A61B5/00
• 代理公司: 成都超凡明遠知識產權代理有限公司 51258
• 代理人: 劉哲源

一種柔性力敏傳感器及其制備方法、陣列器件和應用，其主要涉及傳感器制備技術領域。通過選用PDMS制作微結構化的薄膜，使得PDMS的低楊氏模量提高了結構彈性，增強了柔性力敏傳感器的可穿戴性和靈敏度；利用表面仿生的隨機多層微結構，大幅增加了力敏傳感器的靈敏度，增強了其對微小應力的傳感能力，從而有助于將壓阻式柔性力敏傳感器應用到醫療監測等健康領域，使其能夠實時監測諸如脈搏、呼吸等多種人體信號；另外，上述柔性力敏傳感器的制備方法不但具有良好的工藝性與較低的成本，適合大規模生產，而且通過該方法可獲得具有不同形貌、不同層次、不同尺度、不同維數、不同功能的仿生表面。

技術領域

本發明涉及傳感器制備技術領域，具體而言，涉及一種柔性力敏傳感器及其制備方法、陣列器件和應用。

背景技術

電子皮膚即新型可穿戴柔性仿生觸覺傳感器，是一種用于實現仿人類觸覺感知功能的人造柔性電子器件。利用傳感器技術、微機電技術和新材料技術制作的能夠模仿人體皮膚保護、感知、調節等功能的電子裝置或電子系統。電子皮膚通過在柔性襯底上制作敏感電子器件，模擬人類皮膚的傳感功能，以期達到甚至超越皮膚的傳感性能，從而在機器人、人工義肢、醫療檢測和診斷等方面展現應用前景。觸覺感知是人體皮膚的主要功能之一，暢通傳導觸覺信號是電子皮膚需要實現的基本功能，柔性力敏傳感器是實現觸覺傳感的有效器件。壓阻式柔性力敏傳感器因其優良的特性和良好的貼附性，被認為是未來可穿戴電子設備的重要組成部分。

然而，由于目前昂貴的成本、復雜的制造技術以及較低的穩定性限制了壓阻式力敏傳感器的實際應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種柔性力敏傳感器，其具有較佳的性能穩定性、柔彈性和靈敏度。

本發明的另一目的在于提供一種柔性力敏傳感器的制備方法，其制備工藝簡單、成本低，并且能夠大規模生產。

本發明的另一目的在于提供一種柔性力敏傳感器的應用，其具有上述的柔性力敏傳感器的各項優點。

本發明的另一目的在于提供一種柔性力敏傳感器陣列器件，其具有上述柔性力敏傳感器的各項優點。

本發明解決其技術問題是采用以下技術方案來實現。

本發明提出一種柔性力敏傳感器的制備方法，其包括以下步驟：

將PDMS基底與固化劑按5:1的重量比混合，得到PDMS預聚物；對PDMS預聚物進行一次攪拌后，加入炭黑并進行二次攪拌，得到炭黑/PDMS油墨初產物；二次攪拌結束后，在真空條件下除去炭黑/PDMS油墨初產物的氣泡，得到炭黑/PDMS油墨；將炭黑/PDMS油墨旋涂于表面具有微結構的毛玻璃片模具上，并進行固化處理，進而再將固化后的炭黑/PDMS油墨從毛玻璃片模具上剝離出來，得到表面微圖案化的炭黑/PDMS薄膜；在炭黑/PDMS薄膜無微圖案的一側表面上設置金屬電極，得到傳感器柔性薄膜電極；傳感器柔性薄膜電極進行切割后，將切割得到的兩片傳感器柔性薄膜電極片疊放，進而引出導線并進行封裝；其中，兩片傳感器柔性薄膜電極片具有微圖案的表面相對地貼合在一起。

本發明還提出一種柔性力敏傳感器，該柔性力敏傳感器根據上述的柔性力敏傳感器的制備方法制得。

本發明還提出一種如上述的柔性力敏傳感器的應用，具體地，該柔性力敏傳感器應用于電子皮膚中。

本發明還提出一種柔性力敏傳感器陣列器件，該柔性力敏傳感器陣列器件是通過將多個上述的柔性力敏傳感器進行整體封裝并引出導線后得到的。