[發(fā)明專(zhuān)利]一種具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的柔性壓力傳感器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110149370.1
• 申請(qǐng)日: 2021-02-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112903150B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊小牛;張通
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01L1/18
• 分類(lèi)號(hào): G01L1/18
• 代理公司: 長(zhǎng)春眾邦菁華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 王瑩

本發(fā)明涉及一種具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的柔性壓力傳感器及其制備方法，屬于壓力傳感器技術(shù)領(lǐng)域。解決了現(xiàn)有技術(shù)中的柔性壓力傳感器的線(xiàn)性響應(yīng)范圍小的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的柔性壓力傳感器，包括第一彈性體薄膜、第二彈性體薄膜、第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層和導(dǎo)線(xiàn)；第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層分別沉積在第一彈性體薄膜、第二彈性體薄膜的表面，且相對(duì)放置，第一導(dǎo)電層上的每個(gè)第一導(dǎo)電區(qū)域和第二導(dǎo)電層上兩個(gè)相鄰的第二導(dǎo)電區(qū)域接觸。該柔性傳感器具有更為寬泛的線(xiàn)性范圍，并且線(xiàn)性范圍可以通過(guò)導(dǎo)電區(qū)域的數(shù)量調(diào)節(jié)，且能夠通過(guò)調(diào)整導(dǎo)線(xiàn)的方向在同側(cè)或異側(cè)，可以更為靈活的設(shè)計(jì)連接和輸出電路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于壓力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的柔性壓力傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

柔性壓力傳感器具有輕、薄、柔的特點(diǎn)，在可穿戴電子器件和復(fù)雜表面壓力測(cè)試方面具有十分廣闊的應(yīng)用前景。基于接觸電阻變化的壓阻型柔性壓力傳感器具有結(jié)構(gòu)和制備方法簡(jiǎn)單、靈敏度高、檢測(cè)范圍廣、信號(hào)易讀取和能量消耗低等特點(diǎn)，是柔性壓力傳感器的重要類(lèi)型之一。該類(lèi)型柔性壓力傳感器一般由具有表面微結(jié)構(gòu)的柔性薄膜，以及沉積在其表面的導(dǎo)電層(如碳納米管、金屬納米線(xiàn)、石墨烯、金屬層、導(dǎo)電聚合物等材料及其復(fù)合材料)構(gòu)成，傳感器件通常基于“面對(duì)面”器件結(jié)構(gòu)，利用微結(jié)構(gòu)形變改變其接觸面積和導(dǎo)電層的接觸電阻，最終實(shí)現(xiàn)壓力和電學(xué)信號(hào)的轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)具有寬線(xiàn)性響應(yīng)范圍(100kPa)和高靈敏度的柔性壓力傳感器件，是該領(lǐng)域需要解決的重要問(wèn)題。

除了表面微結(jié)構(gòu)之外，器件的電學(xué)特性是影響柔性壓力傳感器靈敏度和線(xiàn)性測(cè)量范圍等性能的關(guān)鍵因素。在“面對(duì)面”結(jié)構(gòu)的柔性壓力傳感器中，傳感器的總電阻包含導(dǎo)電層間的接觸電阻以及導(dǎo)電層本身的寄生電阻。在傳感器上施加壓力時(shí)，微結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生擠壓變形，此時(shí)導(dǎo)電層間的接觸面積隨壓力增大而增加，而導(dǎo)電層本身的寄生電阻基本保持不變。在“面對(duì)面”結(jié)構(gòu)的柔性壓力傳感器中，接觸電阻隨著壓力迅速減小，接近甚至小于寄生電阻的阻值，因此極大的減小了柔性壓力傳感器電阻隨壓力變化的幅度，極大的降低了柔性壓力傳感器的敏感度和線(xiàn)性測(cè)量范圍。基于上述原因，現(xiàn)有技術(shù)中的基于“面對(duì)面”結(jié)構(gòu)的柔性壓力傳感器的線(xiàn)性響應(yīng)范圍較低，最大僅能達(dá)到20kPa。因此，發(fā)展新型柔性壓力傳感器結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)柔性壓力傳感器的寄生電阻和接觸電阻，對(duì)于實(shí)現(xiàn)高靈敏度和寬線(xiàn)性響應(yīng)范圍的柔性壓力傳感器，推進(jìn)柔性壓力傳感器在可穿戴電子器件、人機(jī)交互接口以及電子皮膚等領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的柔性壓力傳感器及其制備方法，該柔性壓力傳感器可以調(diào)節(jié)寄生電阻和接觸電阻的相對(duì)大小，有效提高柔性壓力傳感器的線(xiàn)性響應(yīng)范圍。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案如下。

本發(fā)明提供一種具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的柔性壓力傳感器，包括第一彈性體薄膜、第二彈性體薄膜、第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層和導(dǎo)線(xiàn)；

所述第一彈性體薄膜和第二彈性體薄膜均具有表面微結(jié)構(gòu)；第一導(dǎo)電層沉積在第一彈性體薄膜具有表面微結(jié)構(gòu)的表面上，且通過(guò)N條分隔線(xiàn)分割為M個(gè)相互獨(dú)立的第一導(dǎo)電區(qū)域；第二導(dǎo)電層沉積在第二彈性體薄膜具有表面微結(jié)構(gòu)的表面上，且通過(guò)P條分隔線(xiàn)分割為Q個(gè)相互獨(dú)立的第二導(dǎo)電區(qū)域；第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層相對(duì)放置，且每個(gè)第一導(dǎo)電區(qū)域均接觸相鄰的兩個(gè)第二導(dǎo)電區(qū)域；導(dǎo)線(xiàn)為兩根，兩根導(dǎo)線(xiàn)的一端分別連接第一彈性體薄膜或第二彈性體薄膜的兩端，或者一根導(dǎo)線(xiàn)的一端連接第一彈性體薄膜的一端，另一根導(dǎo)線(xiàn)的一端連接第二彈性體薄膜的一端；

所述N≥1，M≥2，P≥0，Q≥1。

進(jìn)一步的，分割第一導(dǎo)電層的分割線(xiàn)相互平行，且垂直于第一彈性體薄膜的長(zhǎng)度方向，相鄰的分割線(xiàn)的間距均相等；分割第二導(dǎo)電層的分割線(xiàn)相互平行，且垂直于第二彈性體薄膜的長(zhǎng)度方向，相鄰的分割線(xiàn)的間距均相等；第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的分割線(xiàn)平行。

進(jìn)一步的，所述分割線(xiàn)的間距均為300μm-10mm，分割線(xiàn)的寬度均為5μm-200μm。