[發(fā)明專利]一種柔性電阻式壓力傳感器陣列及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810804150.6
• 申請(qǐng)日: 2018-07-20
• 公開（公告）號(hào): CN108871629A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡民;杜以樸;宋吉舟;聶爽;王成軍;張順;岑諾;鐘雯祎;鄧四維
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/20
• 分類號(hào): G01L1/20;G01L9/00
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發(fā)明公開了一種柔性電阻式壓力傳感器陣列及其制備方法，其中柔性電阻式壓力傳感器陣列包括表面封裝層、電極層和功能層，電極層包括基層薄膜以及基層薄膜上的若干條等距排列的薄膜金屬線，薄膜金屬線連接有多路選通器；所述功能層為表面帶有凸起微結(jié)構(gòu)的柔性彈性薄膜，柔性彈性薄膜覆蓋有若干條等距排列的導(dǎo)電金屬線，導(dǎo)電金屬線連接有運(yùn)算放大器；電極層的薄膜金屬線和功能層的導(dǎo)電金屬線以垂直交叉的方式疊合裝配。本發(fā)明的壓力傳感器陣列具有高靈敏度、快速響應(yīng)與恢復(fù)、低工作電壓、大陣列規(guī)模、簡(jiǎn)單制備工藝和低成本等一系列優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓力傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種柔性電阻式壓力傳感器陣列及其制備方法。

背景技術(shù)

柔性器件與傳統(tǒng)剛性器件不同，其具有柔韌性和彈性，可以承受多種變形，柔性壓力傳感器在醫(yī)療健康，人機(jī)交互，機(jī)器人電子皮膚等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

柔性壓力傳感器根據(jù)傳導(dǎo)機(jī)理主要分為電阻式、電容式和壓電式三類。其中，電阻式壓力傳感器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)而被大量研究，其機(jī)理是將外界壓力刺激轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮璧淖兓瑥亩鴮?dǎo)致輸出的電流或電壓的改變，來反饋壓力的大小。

目前實(shí)現(xiàn)柔性電阻式壓力傳感器的技術(shù)有：1)壓阻式柔性壓力傳感器：柔性塊材導(dǎo)電材料與電極歐姆接觸形成通路，壓力使材料變形導(dǎo)致自身電阻率改變，進(jìn)而改變輸出電信號(hào)，柔性塊材導(dǎo)電材料一般是采用炭黑、碳納米管、石墨烯等微納米材料作為導(dǎo)電相與硅橡膠摻雜形成的柔性導(dǎo)電復(fù)合材料；2)接觸式柔性壓力傳感器：表面導(dǎo)電微結(jié)構(gòu)柔性絕緣材料與電極歐姆接觸形成通路，即絕緣柔性材料的一面具有表面微結(jié)構(gòu)，且微結(jié)構(gòu)表面覆蓋導(dǎo)電金屬，壓力使表面微結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致柔性材料的導(dǎo)電表面與電極的接觸面積增加使接觸電阻降低，進(jìn)而改變輸出電信號(hào)。

柔性壓力傳感器陣列化是指，由柔性壓力傳感器作為傳感單元，將若干單元集成在一定區(qū)域內(nèi)，并通過電路控制實(shí)現(xiàn)尋址實(shí)時(shí)測(cè)量分布?jí)毫Γ嵝詨毫鞲衅髦荒軠y(cè)量單點(diǎn)的壓力變化，而分布?jí)毫y(cè)量可以同時(shí)測(cè)量一定區(qū)域內(nèi)多點(diǎn)的壓力變化。

目前實(shí)現(xiàn)電阻式壓力傳感器的陣列化的電路技術(shù)有：1)冗線式，即每個(gè)傳感單元獨(dú)立引出正負(fù)極引線，實(shí)現(xiàn)尋址；2)薄膜晶體管式，即將傳感單元與薄膜晶體管集成，通過晶體管實(shí)現(xiàn)尋址；3)掃描電路式，即通過交叉的行列走線將所有傳感單元接入，再控制行列的選通實(shí)現(xiàn)尋址。

目前柔性壓力傳感器陣列技術(shù)有：1)以壓阻式柔性壓力傳感器為單元，采用冗線式、薄膜晶體管式或掃描電路式電路技術(shù)將該單元陣列化；2)以接觸式柔性壓力傳感器為單元，采用冗線式技術(shù)將其陣列化。

現(xiàn)有的柔性電阻式壓力傳感器陣列技術(shù)雖可實(shí)現(xiàn)分布?jí)毫y(cè)量，但是其在靈敏度，響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間或制備工藝方面存在明顯不足；此外，采用冗線式陣列化技術(shù)的陣列，存在陣列規(guī)模小，引線多的缺點(diǎn)；掃描電路行和列均需要選通器，會(huì)增加后端電路控制負(fù)擔(dān)；采用薄膜晶體管式技術(shù)制備的陣列，存在制備工藝復(fù)雜困難，成本高昂，工作電壓高的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了一種高靈敏度、快速響應(yīng)與恢復(fù)、低工作電壓、大陣列規(guī)模的新型柔性電阻式壓力傳感器陣列及其制備方法。

一種柔性電阻式壓力傳感器陣列，包括表面封裝層、電極層和功能層，所述電極層包括基層薄膜以及基層薄膜上的若干條等距排列的薄膜金屬線，所述薄膜金屬線連接有多路選通器；

所述功能層為表面帶有凸起微結(jié)構(gòu)的柔性彈性薄膜，所述柔性彈性薄膜覆蓋有若干條等距排列的導(dǎo)電金屬線，所述導(dǎo)電金屬線連接有運(yùn)算放大器；

所述電極層的薄膜金屬線和功能層的導(dǎo)電金屬線以垂直交叉的方式疊合裝配。