[發(fā)明專利]聚二甲基硅氧烷薄膜、柔性電容傳感器及其制備方法

有效

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• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110763256B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳豪;魏丹陽
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東思谷智能技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01D5/24
• 分類號: G01D5/24
• 代理公司: 東莞卓為知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44429
• 代理人: 齊海迪

本發(fā)明屬于柔性傳感器領(lǐng)域，并公開了聚二甲基硅氧烷薄膜、柔性電容傳感器及其制備方法，該傳感器包括上電極層、中間電介質(zhì)層和下電極層，上和下電極層結(jié)構(gòu)相同，均包括柔性基體材料和鑲嵌在基體材料中的液態(tài)金屬；中間電介質(zhì)層介于上和下電極層之間，其中具有多層階梯介孔微結(jié)構(gòu)，同無該介質(zhì)層的柔性電容傳感器相比，改善了柔性電容傳感器的線性度；當傳感器受到壓力或被導體靠近時，通過測量傳感器電容的變化獲得該傳感器受到的壓力或?qū)w與傳感器之間的距離的大小。本發(fā)明還公開了該傳感器的制備方法。通過本發(fā)明，設(shè)計出基于液態(tài)金屬電極及多層階梯介孔微結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)層的柔性電容式傳感器，實現(xiàn)柔性傳感器的高靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于柔性傳感器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種聚二甲基硅氧烷薄膜、柔性電容傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著科技與社會的發(fā)展，機器人已從科研、工業(yè)自動化、醫(yī)療等方面的應(yīng)用逐漸邁走進了日常生活中。而且新興機器人的涌現(xiàn)都對設(shè)備硬件提出了更高的要求柔性傳感器因其良好的柔韌性和可拉伸性，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)發(fā)展的熱門新興研究領(lǐng)域，并且結(jié)合生物力學、醫(yī)學工程、計算機技術(shù)、機器人技術(shù)等前沿交叉學科，研制出了一系列如電子皮膚、醫(yī)療植入設(shè)備、仿生假肢、人機交互界面和非入侵式個人健康監(jiān)控電子設(shè)備等功能強大的電子產(chǎn)品。與早期的剛性連接組件相比，柔性器件在輕量化、可靠性等方面有強大的自身優(yōu)勢，這正是柔性電子器件得以迅速發(fā)展的主要原因。柔性電子設(shè)備可通過拉伸、壓縮、彎曲、扭曲等變形成復雜的形狀，且外力作用下仍保持較高的可靠性、優(yōu)良的功能和集成度。但這些柔性電子產(chǎn)品也面臨著大量的挑戰(zhàn)，如靈敏度低、動態(tài)范圍小等。傳統(tǒng)的電容式傳感器具有高靈敏度、良好的動態(tài)響應(yīng)和較高的分辨率等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于測量位移、加速度和壓力等物理參數(shù)，但在保形性、柔韌性、拉伸性等方面尚不能滿足需求。相比于傳統(tǒng)電容式傳感器，柔性電容式傳感器不僅具有其優(yōu)點，還具有良好的拉伸性、保形性和柔韌性，且能在復雜表面進行檢測，廣泛應(yīng)用于電子皮膚、接觸式測量、柔性天線、生物傳感器等領(lǐng)域。高精度、高分辨率和高靈活性是柔性電容式傳感器研究的熱點。三個特點如何兼容是當前研究的重點。一般的柔性電容式傳感器可通過減小電極寬度和兩極板之間的距離來增加分辨率，但這將降低電容容量且造成較低的信噪比。同時由于受到電線、電路板等各種電噪聲的影響，測量微小壓力將變得更加困難。

目前對全柔性化、多功能化機器人柔性電子皮膚多集中于觸覺感知，而取法接近感知能力，無法在作用對象接近時做出反應(yīng)，而本發(fā)明所提供的一種用于機器人電子皮膚的可拉伸傳感器為解決上述問題提供了可能，該傳感器傳感原理基于電容傳感，既可以檢測壓力，也可以檢測空間定位距離。

柔性電子技術(shù)脫胎于固態(tài)電子技術(shù)，因此也大量采用了傳統(tǒng)的半導體工藝，但是一些柔性材料對傳統(tǒng)工藝的適應(yīng)性并不好，因此改進工藝是十分必要的，本發(fā)明提供了一種高靈敏度柔性電容傳感器及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種高靈敏度柔性電容傳感器及其制備方法，其通過利用上和下電極層形成電容傳感，制備了具有多層階梯介孔的微結(jié)構(gòu)電介質(zhì)層，可實現(xiàn)待測對象空間定位和壓力傳感的功能，實現(xiàn)柔性傳感器的高靈敏度和多功能測量，改善了柔性傳感器的線性度。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種高靈敏度柔性電容傳感器，其特征在于，該傳感器包括上電極層、中間電介質(zhì)層和下電極層，其中：

所述上電極層和下電極層的結(jié)構(gòu)相同，均包括柔性基體材料和鑲嵌在該基體材料中的液態(tài)金屬；所述中間電介質(zhì)層介于所述上、下電極層之間，材料為與所述上下電極相同的柔性基體材料，該中間層中表面具有多層階梯介孔的微結(jié)構(gòu)；

當所述傳感器受到壓力、拉力或被導體靠近時，上下電極層之間的電容發(fā)生變化，通過測量所述傳感器電容的變化獲得該傳感器受到的壓力、拉力或?qū)w與所述傳感器之間的距離的大小。

當所述傳感器受到壓力、拉力或被導體靠近時，中間電介質(zhì)層的多層階梯介孔微結(jié)構(gòu)，通過分層結(jié)構(gòu)控制壓縮下的厚度變化率，提高傳感器的線性度；通過介孔結(jié)構(gòu)中的孔隙，改善中間電介質(zhì)層的壓縮性，提高了傳感器的靈敏度。