[發明專利]一種帶凸半球結構的柔性壓力傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010554658.2
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111829697B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 吳志剛;柴治平;柯星星;朱嘉淇
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 夏倩;李智

本發明屬于柔性傳感器相關技術領域，其公開了一種帶凸半球結構的柔性壓力傳感器及其制備方法，所述柔性壓力傳感器包括自上而下設置的第一電極基底、第一電極、離子凝膠介電層、第二電極及第二電極基底，所述第二電極基底遠離所述第二電極的表面形成有仿人體表皮有棘層的凸半球結構。本發明利用仿人體皮膚有棘層的結構，通過傳感器陣列上的改進來使得傳感器的靈敏度得到進一步的提升，同時凸半球結構的存在也使得所述傳感器能夠感知物體表面的形狀，并進一步提升了傳感器的靈敏度，且通過對傳感器的結構的改進實現了傳感器受力時的應力再分布，使得傳感器的性能得以提升。

技術領域

本發明屬于柔性傳感器陣列相關技術領域，更具體地，涉及一種帶凸半球結構的柔性壓力傳感器及其制備方法。

背景技術

柔性傳感器作為一種新興的傳感器，具有極大地應用潛力和研究價值，傳統的剛性傳感器由于其順形能力差等特點，在具體的實際應用中存在一些問題。柔性壓力傳感器具有天然的順形能力，其主體一般由可拉伸的軟材料組成。當柔性壓力傳感器與軟體機器人集成后，能夠幫助軟體機器人實現與環境的有效交互。另一方面，柔性傳感器所使用的材料通常對人體無害，具有很好的生物相容性，因此可以作為醫療設備的一部分。

雖然柔性壓力傳感器在近些年得到了飛速的發展，但絕大多數的發展都停留于傳感器材料和中間活性層微結構的創新，而基于傳感器原始結構的創新尚且較少。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種帶凸半球結構的柔性壓力傳感器及其制備方法，其利用仿人體皮膚有棘層的結構，通過傳感器陣列結構上的改進來使得傳感器的靈敏度得到進一步的提升，同時基于本發明的制備方法可以實現壓力傳感器的制備，同時凸半球結構的存在也使得所述傳感器能夠感知物體表面的形狀，并進一步提升了傳感器的靈敏度。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種帶凸半球結構的柔性壓力傳感器，所述柔性壓力傳感器包括自上而下設置的第一電極基底、第一電極、離子凝膠介電層、第二電極及第二電極基底，所述第二電極基底遠離所述第二電極的表面形成有仿人體表皮有棘層的凸半球結構。

進一步地，所述第一電極包括設置在所述第一電極基底上的第一電極襯底及設置在所述第一電極襯底遠離所述第一電極基底的表面上的第一銅電極陣列；所述第二電極包括設置在所述第二電極基底上的第二電極襯底及設置在所述第二電極襯底遠離所述第二電極基底的表面上的第二銅電極陣列。

進一步地，所述第一銅電極陣列的厚度及所述第二銅電極陣列的厚度均為9微米。

進一步地，所述第一銅電極陣列中的相鄰電容單元之間使用屈曲的銅線相連接。

進一步地，所述第一銅電極陣列中的電容單元的位置與所述第二銅電極陣列中的電容單元的位置分別相對應，且所述第一銅電極陣列與所述第二銅電極陣列呈正交重合。

按照本發明的另一個方面，提供了一種帶半球結構的柔性壓力傳感器的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

所述制備方法包括以下步驟：首先，在所述第一電極基底上制備第一電極，并將離子凝膠介電層設置在所述第一電極上，同時在在所述第二電極基底上制備第二電極；接著，將所述離子凝膠介電層設置在所述第二電極上，由此得到所述柔性壓力傳感器。

進一步地，選用柔性的PET薄膜作為制備的輔助材料，在PET薄膜上涂覆一層A、B液之間比例為10:1的聚二甲基硅氧烷前驅液，并將所述前驅液刮平整之后放入烘箱于75℃加熱約15min至完全固化，由此得到第一電極基底；在所述第一電極基底上均勻地涂覆一層A:B兩液質量比為30:1的聚二甲基硅氧烷的前驅液；接著，所述第一電極基底放入烘箱中半固化后取出，并涂覆上一層均勻的銅箔，再采用激光對銅箔進行圖案化處理，以形成第一銅電極陣列。