[發(fā)明專利]紙基壓力傳感器、制備方法及納米纖維素紙和壓敏傳感件

在審

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• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112362202A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱華楊;陳挺;張俊
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東彩樂智能包裝科技有限公司
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01L9/06;D21H11/12;D21H11/18;D21H17/07;D21H17/67;D21H19/14
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 盧澤明

本發(fā)明涉及一種紙基壓力傳感器、制備方法及納米纖維素紙和壓敏傳感件，該傳感器包括有柔性外包層，所述柔性外包層是納米纖維素紙，其內(nèi)具有納米銀叉指電極和壓敏傳感件，所述納米銀叉指電極印刷在柔性外包層的內(nèi)表面上，所述壓敏傳感件與柔性外包的內(nèi)表面粘貼連接，且納米銀叉指電極位于壓敏傳感件的四周。這樣，本傳感器可在0.03～30.2kPa的壓力范圍內(nèi)具有高靈敏度，可達(dá)到1.5kPa^?1，且輕薄柔軟，可以隨意彎曲，在彎曲狀態(tài)下能保持優(yōu)異的性能，并且采用印刷和浸泡方式制備納米銀叉指電極和壓敏傳感件，工藝簡單，成本低，同時采用天然可回收降解的紙和環(huán)保封裝材料，不會引起二次污染，可大批量生產(chǎn)和推廣使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于壓力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種紙基壓力傳感器、制備方法及納米纖維素紙和壓敏傳感件。

背景技術(shù)

傳感器技術(shù)作為現(xiàn)代信息技術(shù)的重要基礎(chǔ)之一，是獲取信息的前端，被世界各國高度關(guān)注。現(xiàn)如今，傳感器高速發(fā)展，促進(jìn)了物理世界和信息世界的聯(lián)系，延伸了人體感官，應(yīng)用范圍不斷拓寬，滲透入生活的方方面面。壓力傳感器是各類傳感器中最成熟的一類傳感器，能夠感知外界壓力，在壓力下產(chǎn)生電信號，并以信號傳導(dǎo)的方式進(jìn)行工作。壓力傳感器可以附著在皮膚、包裝或者可穿戴設(shè)備上，在連續(xù)工作條件下監(jiān)測生理信號或外界壓力，而不會中斷或限制正常活動。它們對柔性電子皮膚、生理監(jiān)測、醫(yī)療運輸和產(chǎn)品運輸過程中壓力變化數(shù)據(jù)信號的采集等大量應(yīng)用具有重要意義。新型壓力傳感器相對于傳統(tǒng)傳感器，具有柔性化、生物兼容、靈敏度高等特點，有望大規(guī)模應(yīng)用于可穿戴電子、人體體征監(jiān)測、機(jī)器人外力感知、遠(yuǎn)程微創(chuàng)外科手術(shù)、醫(yī)療、智能包裝等領(lǐng)域。

目前，壓力傳感器根據(jù)工作機(jī)理的不同可分為四類：電容式、壓阻式、壓電式和晶體管式。其中壓阻式壓力傳感器具有工藝簡單、功耗低、在低壓范圍內(nèi)靈敏度高的優(yōu)點。主流電子元器件和產(chǎn)品的制造技術(shù)，主要以硅基半導(dǎo)體蝕刻工藝或真空蒸鍍、濺射工藝為主，具有集成度高、體積小、信息容量大、分辨率高等顯著優(yōu)點。但存在工藝過程復(fù)雜、原材料損耗嚴(yán)重、設(shè)備投資過大、產(chǎn)品價格高、能耗大，以及環(huán)境污染等問題；同時，大多數(shù)壓力傳感器通常使用不可降解的人造聚合物來封裝器件和制備傳感材料和底部基板。由于廢棄器件的不合理丟棄造成了電子廢棄物的緊迫問題，迫切需要能夠方便地處理掉的綠色壓力傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種可在0.03～30.2kPa的壓力范圍內(nèi)具有高靈敏度，輕薄柔軟，可在彎曲狀態(tài)下能保持優(yōu)異的性能，且工藝簡單，成本低，綠色環(huán)保，有利于大批量生產(chǎn)并推廣使用的紙基壓力傳感器，以及該紙基壓力傳感器的制備方法，和一種納米纖維素紙、一種壓敏傳感件。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種紙基壓力傳感器，包括有柔性外包層，所述柔性外包層是納米纖維素紙，其內(nèi)具有納米銀叉指電極和壓敏傳感件，所述納米銀叉指電極印刷在柔性外包層的內(nèi)表面上，所述壓敏傳感件位于納米銀叉指電極的上方，并與納米銀叉指電極的表面連接。

進(jìn)一步地，所述納米纖維素紙由NaOH、尿素、H₂O和纖維漿制成，且所述NaOH、尿素、H₂O的質(zhì)量比為7:12:81。

進(jìn)一步地，所述壓敏傳感件是石墨烯/納米銀線氣凝膠，具有多孔結(jié)構(gòu)和粗糙表面，由石墨烯/納米銀線復(fù)合材料、納米纖維素懸浮液、聚乙烯醇和聚乙二醇、去離子水制成。

進(jìn)一步地，所述納米銀叉指電極是采用納米銀導(dǎo)電油墨印刷而成，每個納米銀叉指電極具有5～10個指狀電極，每個所述指狀電極寬度為0.3～1.0mm，相鄰兩個指狀電極的間距為1.0～3.0mm，而且所述納米銀叉指電極的末端固定有導(dǎo)電銅箔帶。

進(jìn)一步地，所述柔性外包層的外表面具有封裝層。

一種上述的紙基壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟：