[發明專利]一種雙層式柔性壓力傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110011550.3
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112834087B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 劉鋒;郭宣啟;吳偉光;馬麗筠;李世峰;雷驍
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 彭育

本發明涉及一種雙層式柔性壓力傳感器及其制備方法，該傳感器依次由下柔性基底、下叉指電極層、敏感結構層、上叉指電極層、上柔性基底組成；其中，敏感結構層的上表面設置有帶導電層的第一微納結構，其下表面設置有帶導電層的第二微納結構，第一微納結構與第二微納結構在高度上存在顯著差異，以此利用高度較小的微納結構實現高靈敏度測量，利用高度較大的微納結構實現寬量程測量。本發明中不同高度的微納結構位于不同表面，避免了微納嵌套結構加工困難、工藝穩定性和重復性差的問題。本發明的壓力傳感器具有高靈敏度、寬量程、制備工藝簡單和易于產業化等特點。

技術領域

本發明涉及柔性電子傳感器技術領域，尤其涉及一種雙層式柔性壓力傳感器及其制備方法。

背景技術

柔性電子是將有機/無機材料電子器件制作在柔性/可延性塑料或薄金屬基板上的新興電子技術，柔性電子以其獨特的柔性、延展性以及高效、低成本制造工藝，在信息、能源、醫療、國防等領域具有廣泛的應用前景。

柔性壓力傳感器是柔性電子中的核心器件，當作用于柔性壓力傳感器的外力發生變化時，柔性傳感器電路中電信號隨之變化，從而實現對壓力信號實時測量。基于電信號不同，柔性壓力傳感器可劃為壓阻式、壓電式、電容式柔性壓力傳感器，其中，壓阻式壓力傳感器因為簡單、信號讀取容易等特點是目前應用最為廣泛的傳感器。

敏感單元結構是決定壓阻式柔性壓力傳感器性能的關鍵，采用微納結構設計能有效提高傳感器靈敏度，但會引起傳感器線性量程的降低，從而影響傳感器的應用范圍。

實現高靈敏度和寬線性量程一直是柔性壓力傳感器研究的重點，采用多級嵌套結構可以同時實現柔性壓力傳感器的寬線性量程和高靈敏度，但這種微納嵌套結構往往采用微電子工藝實現，加工過程困難，存在工藝復雜、成本高、重復性差等問題。

發明內容

針對上述問題，現提供一種雙層式柔性壓力傳感器及其制備方法，旨在提供一種工藝簡單、適用于大批量生產，同時兼具高靈敏度及寬量程的雙層式柔性壓力傳感器。

具體技術方案如下：

本發明的第一個方面是提供一種雙層式柔性壓力傳感器，具有這樣的特征，包括：

下柔性基底；

上柔性基底，上柔性基底與下柔性基底相對設置；

下叉指電極層，下叉指電極層附著于下柔性基底的內側；

上叉指電極層，上叉指電極層附著于上柔性基底的內側；

敏感結構層，敏感結構層上表面設置有第一微納結構，且敏感結構層的下表面上設置有第二微納結構，敏感結構設置于下叉指電極層及上叉指電極層之間；

其中，第一微納結構的高度與第二微納結構的高度的比值不小于5。

上述的雙層式柔性壓力傳感器，還具有這樣的特征，敏感結構層由柔性襯底、上導電層及下導電層組成，上導電層設置于柔性襯底的上表面，下導電層設置于柔性襯底的下表面。

上述的雙層式柔性壓力傳感器，還具有這樣的特征，柔性襯底由聚二甲基硅氧烷、熱塑性彈性體或硅膠制成。

上述的雙層式柔性壓力傳感器，還具有這樣的特征，上導電層及下導電層由碳黑、石墨烯、碳納米管、納米銀顆粒、銀納米線制成。

上述的雙層式柔性壓力傳感器，還具有這樣的特征，下柔性基底及上柔性基底由聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷或者聚酰亞胺制成。

上述的雙層式柔性壓力傳感器，還具有這樣的特征，下叉指電極層及上叉指電極層由導電性金屬材料或非金屬導電材料制成。

本發明的第二個方面是提供一種上述雙層式柔性壓力傳感器的制備方法，具有這樣的特征，包括如下步驟：