[發明專利]一種電容式壓力傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010554574.9
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111811698A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 彭凱
• 申請（專利權）人: 無錫康森斯克電子科技有限公司
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14
• 代理公司: 合肥方舟知識產權代理事務所(普通合伙) 34158
• 代理人: 宋萍

本發明的提供的一種電容式壓力傳感器，為平板式的結構，自上而下依次包括：頂部電極層、聚合物彈性體、底部電極層；所述的頂部電極層、底部電極層均為石墨烯電極層；所述頂部電極層、底部電極層埋設有延伸到外部的導線；所述聚合物彈性體在所述頂部電極層、底部電極層上表面均有設置。本發明的提供的一種電容式壓力傳感器及其制備方法，工藝簡單，成本低廉，適用于大規模工業生產，獲得的電容式壓力傳感器靈敏度高。

技術領域

本發明涉及壓力傳感器技術領域，特別是涉及一種電容式壓力傳感器及其制備方法。

背景技術

壓力傳感器介質層通常采用聚合物材料，這種材料具有較好的柔性且易加工成型的優點，但聚合物的介電常數通常較低，制成的電容式壓力傳感器在感應外部壓力時僅能引起較小的電容變化。目前的技術中，有利用滲流理論在柔性聚合物材料中填充銀納米顆粒、銀納米線、金納米顆粒等導電材料來增加介電常數。但是，此類導電材料制備復雜、價格昂貴，造成壓力傳感器的成本上升。

另外，還有通過用基于線形、金字塔形、“V”形、圓柱形等微結構的介質層來代替傳統的平整薄膜介質層。這種微結構介質層在施加微小壓力時，極易發生形變，導致電容式傳感器介質層厚度明顯變薄，從而引起電容值的顯著變化，但是這些加工工藝復雜，對精度要求高，同樣也造成成本較高。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種電容式壓力傳感器及其制備方法，采用低成本、制備工藝簡單的方法，并且制備的傳感器具有靈敏度高特點。

針對上述技術目的，本發明的具體技術方案為：

一種電容式壓力傳感器，為平板式的結構，自上而下依次包括：頂部電極層、聚合物彈性體、底部電極層；所述的頂部電極層、底部電極層均為石墨烯電極層；

所述頂部電極層、底部電極層埋設有延伸到外部的導線；

所述聚合物彈性體在所述頂部電極層、底部電極層上表面均有設置。

其中，所述的石墨烯電極層包括3～8層石墨烯導電薄膜以及基板，基板的材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯。

進一步的，所述的聚合物彈性體為聚偏氟乙烯-六氟丙烯基復合聚合物和單電子晶體管復合而成，厚度為20～400um。

本發明還提供所述的電容式壓力傳感器的制備方法，包括如下步驟：

S1、將石墨烯薄膜從銅箔襯底轉移到基板表面，形成石墨烯導電薄膜，然后將在石墨烯導電薄膜中埋設導線，將導線的一端延伸到石墨烯導電薄膜外部；

S2、將聚偏氟乙烯-六氟丙烯基復合聚合物溶于溶劑中，然后向得到的溶液中加入單電子晶體管，混合均勻后，涂覆在石墨烯導電薄膜表面形成平面狀的聚合物彈性體；去除所述溶劑，得到頂部電極層、底部電極層；

S3、將頂部電極層、底部電極層上涂覆有聚合物彈性體的一面相對貼合。

其中步驟S1中，所述單電子晶體管的加入量為：占溶液質量百分比為0.1-0.5％。

其中，所述單電子晶體管的制備方法為：

(1)前驅物采用1,3,6,8-四硝基芘，用超聲波將1,3,6,8-四硝基芘分散在水中，形成前驅物溶液；調節前驅物溶液的pH值為堿性，并繼續采用超聲波使得堿性的前驅物溶液混勻；

1,3,6,8-四硝基芘當量濃度0.5～1.5g/L；

調節前驅物溶液的pH值的溶液為NaOH溶液或水合聯氨溶液；

(2)然后將堿性的前驅物溶液進行微波處理，得到石墨烯量子點粗品混合液；微波處理的條件為：處理容器為石英材質的微波反應管，處理溫度為120～180℃，處理時間為10～20min；