[發明專利]一種基于石墨烯的柔性電容式壓力傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202011570814.0
• 申請日: 2020-12-26
• 公開（公告）號: CN112781757A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 張玉容
• 申請（專利權）人: 重慶華知光環保科技有限責任公司
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于傳感器技術領域，公開了一種基于石墨烯的柔性電容式壓力傳感器及其制備方法，本發明所述壓力傳感器包括上下兩個平行設置的石墨烯電極層，兩個石墨烯電極層之間設有多孔彈性體，所述多孔彈性體由熱固化彈性材料和發泡材料混合后經過加熱固化后形成，所述石墨烯電極層引出有銀漿導線形成外圍引線，所述外圍引線綁定有柔性電路板。本發明解決了石墨烯與絕緣層之間的附著力問題，同時以多孔彈性體制備的絕緣層配合石墨烯電極材料，提高壓力傳感器的靈敏度和增加壓力傳感器高敏感性的壓力范圍。

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，具體涉及一種基于石墨烯的柔性電容式壓力傳感器及其制備方法。

背景技術

電容式壓力傳感器，多為平板式結構，由兩個電極與中間絕緣介質層組成，通過外界施壓，擠壓中間絕緣介質，改變兩個電極之間的距離，進而改變兩個電極間的電容值，該電容值通過與外界測量電路、裝置相連，利用電容敏感元件將被測壓力轉換成與之成一定關系的電量輸出，具有反應速度快、抗干擾能力強、環境適應性好、制作成本低、易被制成透明柔性等特點。而石墨烯作為一種二維的單原子層薄膜材料，是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，因其電阻率極低，電子遷移的速度極快，并具有良好的光學性和柔韌性，被期待可用來發展更薄、導電速度更快的新一代柔性電子元件。

近年來，隨著社會的快速發展和人們對產品的更高要求，石墨烯基的電容式柔性壓力傳感器受到了極大關注，尤其在未來的柔性、透明、可穿戴式設備等領域擁有廣泛的市場前景。但是如何將石墨烯較好地應用于柔性電容式壓力傳感器是現有技術所關注的技術，目前仍然存在很多技術壁壘。石墨烯作為上、下電極層與設置在上下電極層之間的絕緣層的附著問題，當發生撓曲或較大壓力擠壓等情況時，電極層和絕緣層常發生剝離或者產生空隙，即石墨烯層與絕緣層之間的結合狀況很差，使得該技術無法應對復雜的壓力情況?，F有技術還存在問題是，為了實現壓力傳感器的輕薄化，需要減小絕緣層的厚度，必然影響電極間的距離，從而較低了壓力傳感器的靈敏度和壓力傳感器高敏感性的壓力范圍。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述背景技術的不足，提供一種基于石墨烯的柔性電容式壓力傳感器及其制備方法，解決石墨烯與絕緣層之間的附著力問題，同時以多孔彈性體制備的絕緣層配合石墨烯電極材料，提高壓力傳感器的靈敏度和增加壓力傳感器高敏感性的壓力范圍。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明提供的一種基于石墨烯的柔性電容式壓力傳感器，包括上下兩個平行設置的石墨烯電極層，兩個石墨烯電極層之間設有多孔彈性體，所述石墨烯電極層引出有銀漿導線形成外圍引線，所述外圍引線綁定有柔性印刷電路板。

進一步，所述石墨烯電極層包括柔性基材和單層石墨烯層，其中石墨烯電極層的方阻為150-300Ω/□，透光率為85～92％。單層石墨烯層是通過CVD在金屬基底上生長，然后通過常規的濕法轉移到柔性基材支撐物上，此處的柔性基材還作為電容式壓力傳感器的壓力蓋板。

進一步，所述柔性基材采用柔性高分子材料，所述柔性高分子材料為聚酰亞胺、聚對笨二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種。

進一步，所述多孔彈性體由熱固化彈性材料和發泡材料混合后經過加熱固化后形成。

進一步，所述熱固化彈性材料為聚二甲基硅氧烷。

進一步，所述發泡材料為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、甲苯磺酰肼、氧化雙(苯磺酷)肋、碳酸氫鈉或碳酸氫銨中的一種。

進一步，所述熱固化彈性材料和發泡材料混合比例在8:1-8:3之間。

本發明還提供了一種基于石墨烯的柔性電容式壓力傳感器的制備方法，包括以下主要步驟：

S1：在金屬基底上采用管式CVD設備制備石墨烯層；

S2：石墨烯層轉移到柔性基材上形成石墨烯導電薄膜；