[發明專利]一種柔性壓力傳感器及其制作方法

在審

• 申請號: 201910440156.4
• 申請日: 2019-05-24
• 公開（公告）號: CN110082012A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 張旻;會丹丹;王曉浩;董瑛
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

一種柔性壓力傳感器及其制作方法，該柔性壓力傳感器包括多孔材料層、設置在所述多孔材料層兩側的一對電極層以及設置在各電極層外側的聚合物襯底，所述多孔材料層包括具有多孔結構的聚合物材料、吸附于所述多孔結構的孔隙內壁的具有壓阻特性的導電聚合物、以及填充在所述多孔結構的孔隙內用于擴大所述壓力傳感器量程的填充材料。該柔性壓力傳感器在保持較高靈敏度的情況下獲得較大的量程，且器件穩定性好。該制作方法方便根據應用調控傳感器量程。

技術領域

本發明涉及壓力傳感器，尤其是一種柔性壓力傳感器及其制作方法。

背景技術

隨著智能制造的全面推進，人工智能已經無處不在，其中柔性器件得到了大力發展。而作為柔性器件的重要組成部分，柔性觸覺識別是與外界環境信息交互的重要途徑。在過去的幾十年中，越來越多研究關于利用與人體皮膚或器官接觸進行生命體征的檢測值得關注。在過去的四十年中，各種形式的薄膜電子產品已經成為顯示器，成為傳感器和能量轉換領域的大部分技術創新的基礎，柔性器件是柔性電子產業的關鍵。柔性電子產業在諸多領域有著廣泛的應用，例如柔性薄膜顯示與照明、柔性鍵盤、智能醫療、智能家居、移動可穿戴設備、人機交互等諸多領域。柔性器件也是實現柔性觸覺識別的有效方式，柔性壓力傳感器具有大的彈性拉伸應變，優異的導電性以及較好的重復性和耐久性，所以分別應用在人體運動檢測、健康診斷、智能服裝、電子皮膚、汽車行業、人機界面、移動通信以及特定于市場的應用程序等多個領域。

壓力傳感器依其工作原理，可以分為電容式、壓阻式和壓電式等。但是針對觸覺識別，需要對器件完成壓力陣列的設計，為提高靈敏度，需要設計微結構。因此導電復合材料容易設計成大陣列柔性壓力傳感器。但往往傳感器的量程與靈敏度成一定的負相關性。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的不足，提供一種柔性壓力傳感器及其制作方法，以使柔性壓力傳感器在保持較高靈敏度的情況下獲得較大的量程，且器件穩定性好。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種柔性壓力傳感器，包括多孔材料層、設置在所述多孔材料層兩側的一對電極層以及設置在各電極層外側的聚合物襯底，所述多孔材料層包括具有多孔結構的聚合物材料、吸附于所述多孔結構的孔隙內壁的具有壓阻特性的導電聚合物、以及填充在所述多孔結構的孔隙內用于擴大所述壓力傳感器量程的填充材料。

進一步地：

所述聚合物襯底為PDMS、TPU、PET、PI、硅橡膠或聚氨酯橡膠。

所述電極層的厚度為10nm–8μm。

所述多孔結構的孔隙包括球形孔隙、方形孔隙或者編織結構孔隙中的至少一種。

所述多孔結構的孔隙率為50％-93％。

所述多孔材料層的厚度為50-500μm。

所述多孔材料層為多孔聚丙烯(PP)。

所述導電聚合物為在碳管表面合成的導電聚合物，優選為在羧基化碳管表面合成的聚苯胺導電復合材料。

所述填充材料為PDMS、Ecoflex和聚乙烯醇(PVA)中的至少一種。

一種柔性壓力傳感器的制作方法，包括以下步驟：

準備具有壓阻特性的導電聚合物；

將具有多孔結構的聚合物材料浸泡在所述導電聚合物的溶液中，使壓阻材料吸附在所述多孔結構的孔隙內壁；

通過抽濾的方式，在所述多孔結構的孔隙內填充用于擴大所述壓力傳感器量程的填充材料；

在所述具有多孔結構的聚合物材料兩側設置一對電極層以及在各電極層外側設置聚合物襯底，并完成鍵合封裝工藝。

本發明具有如下有益效果：