[發明專利]一種柔性力熱集成傳感器

有效

• 申請號: 201811608998.8
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109764981B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 李祥明;邵金友;劉桂芳;田洪淼;王春慧;陳小亮
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16;G01L9/08;G01L19/00
• 代理公司: 61215 西安智大知識產權代理事務所
• 代理人: 賀建斌

一種柔性力熱集成傳感器，其制作方法是先在柔性襯底上制作叉指電極結構的鉑電極，然后制備具有柵線結構的軟模具凹模；再制作壓電功能材料，將壓電功能材料滴在軟模具凹模上，進行刮涂填充，形成柵線內充分填充且柵線外不留膜的結構；再在具有鉑電極的柔性襯底上滴加無水乙醇，將刮涂了壓電功能材料的軟模具凹模按壓在鉑電極，快速置于烘臺上加熱，使壓電功能材料從軟模具凹模中脫離出來粘接于鉑電極上；揭去軟模具凹模，形成鉑電極?壓電功能材料的疊層結構；將封裝膠滴加在鉑電極?壓電功能材料的疊層結構上，自然流平將疊層結構區全部覆蓋，極化后得到柔性力熱集成傳感器結構，能夠測量溫度和力，具有靈敏度高、成本低、重量輕的優點。

技術領域

本發明屬于微納制造技術領域，具體涉及一種柔性力熱集成傳感器。

背景技術

隨著科學技術的發展和產品更高的使用要求，汽車家電、航空航天、智能裝備等領域設計都越發精密，對產品的便攜性、柔性要求越來越高，對產品運行的多項指標實時監測已成為標配。在眾多監測指標中，力的測量非常普遍，通常有壓電式傳感器、壓阻式傳感器、電容式傳感器、電磁式傳感器，其中壓電式傳感器以其結構簡單、體積小、靈敏度高等優勢具有重要地位。

壓電傳感材料中，PVDF由于其輕便，材質柔韌、低密度、低阻抗和高壓電電壓常數等優點被廣泛研究應用。在PVDF中加入三氟乙烯(TrFE)可以改善PVDF的晶體結構，提高聚合物薄膜的壓電性能，進一步拓展壓電高分子材料的應用范圍。在制造領域，有對機械振動的測量以及振動的主動控制檢測、機床切削力以及無損檢測的應用；在裝備領域，有對水下探測、加速度測量、智能穿戴、機器人技術等的應用；在人體健康監測領域，有能量轉換、呼吸、心跳、運動狀態等的監測。

然而，在這些力的測量應用過程中，并未考慮到溫度對壓電材料的影響。P(VDF-TrFE)材料需要通過極化使其具有較強的鐵電性能，即擁有良好的壓電性能。在極化過程以及后續使用過程中，溫度都會對傳感材料有一定影響，傳感器的壓電效率會隨溫度而改變，所以在傳感器進行工作時，環境溫度也會干擾傳感器的準確性。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種柔性力熱集成傳感器，柔性力熱集成傳感器具有測量溫度和壓力的復合功能，且其制作工藝簡單，靈敏度高，成本低，重量輕，可做到柔性化，適用范圍更廣泛。

為了實現上述目的，本發明采取如下技術方案：

一種柔性力熱集成傳感器，包括柔性襯底1，柔性襯底1上制作有叉指結構的鉑電極4，鉑電極4上制作有壓電功能材料3，鉑電極4、壓電功能材料3外封裝有封裝膠PDMS(184)2。

一種柔性力熱集成傳感器的制作方法，包括以下步驟：

第一步，選擇柔性基底聚酰亞胺薄膜作為柔性襯底1，在柔性襯底1上通過光刻顯影濺射剝離的方法制作叉指電極結構的鉑電極4；

第二步，將柔性聚合物材料采用硅模具通過翻模工藝制備具有柵線結構的軟模具凹模6；

第三步，將壓電材料P(VDF-TrFE)粉末配置成為具有壓電功能的P(VDF-TrFE)溶液，作為壓電功能材料3；

第四步，將壓電功能材料3滴在PDMS柵線結構的軟模具凹模6上，進行刮涂填充，形成柵線內充分填充且柵線外不留膜的結構；

第五步，在具有鉑電極4的柔性襯底1上滴加無水乙醇5，將刮涂了壓電功能材料3的軟模具凹模6按壓在鉑電極4區，無水乙醇5在該區形成一層液膜，快速置于烘臺上加熱，無水乙醇5蒸發時，使壓電功能材料3從軟模具凹模6中脫離出來粘接于鉑電極4上；揭去軟模具凹模6，形成鉑電極-壓電功能材料的疊層結構；

第六步，將配制好的封裝膠PDMS(184)2滴加在鉑電極-壓電功能材料的疊層結構上，自然流平封裝膠PDMS(184)2將疊層結構區全部覆蓋；