[發明專利]基于可視化電阻抗層析成像技術的壓阻式柔性傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 202010417191.7
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111693188B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 劉凱;王歡;李芳;吳陽;王松;張政;趙通通;姚佳烽
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;三江學院
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了基于可視化電阻抗層析成像技術的壓阻式柔性傳感器及其制造方法，屬于柔性壓力傳感器技術領域。該壓阻式柔性傳感器包括使用PDMS柔性薄膜的上、下隔離層，以及位于上、下隔離層之間的Ag/MWCNTs/PDMS柔性導電復合材料壓阻層，壓阻層由具有金字塔微結構的Ag/MWCNTs/PDMS薄膜面對面組裝，并且在壓阻層的一側均勻分布8個矩形電極。矩形電極通過導線接入電阻抗層析成像系統，實現信號采集；將采集信號通過圖像重構算法，實現所施加壓力的可視化測量。本發明可以提高壓阻式柔性傳感器的靈敏度，降低響應時間，實現施加壓力的大小和位置測量，可以用于大面積、可變形檢測領域。

技術領域：

本發明涉及基于可視化電阻抗層析成像技術的壓阻式柔性傳感器及其制造方法，其屬于柔性壓力傳感器技術領域。

背景技術：

隨著傳感器技術的不斷發展，柔性壓力傳感器可以用于進行生理參數、運動姿勢和環境特征等方面的檢測，在生物電學、人體健康監測及仿生電子皮膚等方面有著巨大潛力。與傳統的金屬和半導體材料傳感器相比，柔性傳感器具有良好的柔韌性、可拉伸性及可連續監測等優勢。對于實際應用來講，柔性壓力傳感器不僅需要優越的延展性，還需要高靈敏度和快速響應。

基于檢測原理和方法的不同，壓力傳感器主要分為電容式、壓電式、應變式、壓阻式等。其中壓阻式壓力傳感器基于壓阻效應，將壓力信號轉化為電信號，由于其簡單的感應機制、壓力分辨率高以及頻率響應好而被廣泛研究。壓阻式傳感器一般是通過在柔性基底上覆蓋或嵌入導電材料，加裝隔離層形成“三明治”結構的傳感器，并且通過電極實現信號的采集與測量。常用的柔性基底材料有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亞胺(PI)等，導電材料有碳納米管(CNTs)、石墨烯(GR)、聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PAn)等。

雖然利用上述材料制備的壓阻式柔性傳感器具備優越的延展性，但是由于靈敏度不高、響應不夠迅速，限制了其發展和應用。除此之外，此類傳感器目前主要利用陣列式的傳感元件來實現壓力分布的檢測，雖然可以適應具有一定大小的復雜表面，但是難以實現大面積的檢測，并且無法實現多點觸摸的感知和施加壓力的準確定位。

因此，確有必要對現有技術進行改進以解決現有技術之不足。

發明內容：

本發明是為了解決上述現有技術存在的問題而提供一種基于可視化電阻抗層析成像技術的壓阻式柔性傳感器及其制造方法，提高柔性傳感器的靈敏度和響應時間，并且基于可視化電阻抗層析成像技術，可以實現大面積的檢測，實現壓力的準確定位以及多點觸摸的檢測。

本發明采用如下技術方案：一種基于可視化電阻抗層析成像技術的壓阻式柔性傳感器，包括PDMS柔性薄膜的上、下隔離層，以及位于上、下隔離層之間的Ag/MWCNTs/PDMS柔性導電復合材料壓阻層，所述Ag/MWCNTs/PDMS柔性導電復合材料壓阻層由具有金字塔微結構的Ag/MWCNTs/PDMS薄膜面對面組裝，并且在Ag/MWCNTs/PDMS柔性導電復合材料壓阻層的一側均勻分布8個矩形電極，所述矩形電極通過導線接入電阻抗層析成像系統，實現信號采集，將采集信號通過圖像重構算法，以實現所施加壓力的可視化測量。

本發明還采用如下技術方案：一種基于可視化電阻抗層析成像技術的壓阻式柔性傳感器的制造方法，包括以下步驟：

(1).制備PDMS柔性薄膜，作為隔離層；

(2).制備具有金字塔微結構的Ag/MWCNTs/PDMS柔性導電復合薄膜；

(3).將所述Ag/MWCNTs/PDMS柔性導電復合薄膜面對面組裝，作為Ag/MWCNTs/PDMS柔性導電復合材料壓阻層；

(4).于所述Ag/MWCNTs/PDMS柔性導電復合材料壓阻層表面連接8個均勻分布的矩形電極；

(5).將所述Ag/MWCNTs/PDMS柔性導電復合薄膜通過粘合劑覆蓋于所述PDMS柔性薄膜；