[發明專利]一種基于導電高分子褶皺涂層的壓力傳感器及其應用

有效

• 申請號: 202110208167.7
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN113029399B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 徐培明;宗傳永;王偉;王先亮;毛德偉;楊俊鮮
• 申請（專利權）人: 泰山體育產業集團有限公司;山東泰山體育用品工程技術研究中心有限公司;山東萬億體育健康服務有限公司
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;A61B5/02;B82Y15/00;B82Y40/00
• 代理公司: 深圳紫晴專利代理事務所(普通合伙) 44646
• 代理人: 陳映輝

本發明公開了一種基于導電高分子褶皺涂層的壓力傳感器，所述壓力傳感器包括電極，所述電極由表面覆有導電聚合物涂層的基底構成；所述導電聚合物涂層由導電聚合物制成，所述導電聚合物為自身具有共輒π鍵的結構型導電高分子材料；所述基底為聚苯乙烯片材。所述電極通過在基底上以原位自沉積法制備導電聚合物膜制得。通過對兩個電極進行組裝，將導電聚合物涂層面對面放置，組成壓力傳感器。導電聚合物涂層之間設有導線，電極通過聚酰亞胺膠帶進行固定封裝。本發明在導電材料上引入表面皺紋結構，進行壓力傳感器的構筑，進而改善壓力傳感器的性能；實現壓力傳感器的制備和可逆調控。

技術領域

本發明涉及柔性壓力傳感器技術領域，特別是涉及一種基于導電高分子褶皺涂層的壓力傳感器及其應用。

背景技術

隨著科學技術的飛速發展，特別是人工智能技術，人工智能產品的快速發展，比如機械手、運動手環等幾乎充滿了人們的生活。其中，傳感器是是一種能夠檢測外部刺激信號，然后轉換成電信號或者其他可識別信號的器件。在各種類型的傳感器中，壓力傳感器因其體積小、重量輕、靈敏度高、穩定可靠、成本低、集中容易而受到了廣泛關注。壓力傳感器可以檢測到微小的外部壓力變化，使得它不僅在人工智能領域，而且在人體健康檢測、醫療診斷、機器人皮膚等領域都有潛在的應用前景。

近年來，已經研究了基于納米結構材料的壓力傳感器。這些納米結構材料主要包括金屬納米線、ZnO納米線陣列、碳納米管和導電聚合物材料等。在這些材料中，導電聚合物由于它們的高電導率和很好的生物相容性等優點，顯示出其巨大的應用前景。

近來，人們發現利用具有皺紋、圓柱或者半球結構的導電聚合物薄膜組裝成壓力傳感器，靈敏度和響應速度都可以得到進一步的提高。與沒有表面圖案結構的導電膜相比，一個相對較小的壓力可以增加導電膜表面微結構之間的接觸面積，從而增加導電通路，引起相應的電信號顯著變化。所以需要一種以聚合物為基底，表面覆有導電聚合物涂層的壓力傳感器，利用表面褶皺形貌和表面材料的導電性，實現壓力傳感器的制備和可逆調控。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種基于導電高分子褶皺涂層的壓力傳感器及其制備和應用。本發明以熱收縮聚苯乙烯材料為基底，以導電聚合物為表面涂層，化學氧化法構筑膜/基體系，并利用加熱形成表面微納米結構，利用表面褶皺形貌和表面材料的導電性，實現壓力傳感器的制備和可逆調控。

本發明是通過如下技術方案實現的：

本發明的第一方面，提供一種基于導電高分子褶皺涂層的電極，所述電極包括基底，所述基底的表面覆有導電聚合物涂層；所述基底和導電聚合物涂層均為褶皺形貌，基底褶皺的形狀和導電聚合物涂層褶皺的形狀均相同；所述導電聚合物涂層由導電聚合物制成，所述導電聚合物為自身具有共輒π鍵的結構型導電高分子材料；所述基底為聚苯乙烯片材。

優選的，所述導電聚合物涂為聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚乙撐二氧噻吩或聚對苯撐乙烯。

本發明的第二方面，提供上述電極的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備基底：將聚苯乙烯片材用甲醇和水進行清洗，再用氧等離子體處理，得到基底；

(2)在步驟(1)得到的基底上以原位自沉積法制備導電聚合物膜：將導電聚合物溶解在鹽酸溶液中，超聲混合均勻后記為溶液A；將氧化劑溶解在溶劑中，超聲混合均勻后記為溶液B；將溶液A倒入基底上，使溶液A完全浸泡基底，然后和溶液B分別冷卻處理；冷卻結束后，將溶液B倒入浸泡基底的溶液A中，充分混合均勻進行聚合反應；聚合反應完成后，用蒸餾水沖然后用洗耳球吹干，再經烘箱熱收縮表面產生褶皺形貌，得到基于導電高分子褶皺涂層的電極。

優選的，步驟(1)中，氧等離子體處理的時間為45s。

優選的，步驟(2)中，所述導電聚合物與鹽酸溶液的摩爾比為0.1:1。