[發明專利]可調量程電容式柔性壓力傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202110291831.9
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113091961A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 劉鋒;吳偉光;李世峰;雷驍;馬麗筠;郭宣啟
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14;G01L9/12
• 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: 肖明洲

本發明公開了一種可變量程電容式柔性壓力傳感器及其制備方法，本發明在電容器兩電極之間設置磁流變介質層，通過外加磁場調節磁流變介質層的機械特性，優點是使電容器實現傳感器壓力檢測量程的調節。

技術領域

本發明涉及智能流體、柔性傳感器領域，具體涉及一種可調量程電容式柔性壓力傳感器及其制備方法。

背景技術

磁場響應型智能粒子懸浮液(稱為磁流變)由非導電介質與懸浮的磁性納米顆粒組成，這種體系在磁場作用下能產生明顯的磁流變效應，在無外加磁場時，磁流變液表現為牛頓流體狀態；當有外加磁場作用時，其內部的磁性顆粒會在幾毫秒內沿磁場方向排列成鏈，磁流變液由液體狀態變為類固體狀態。由于這種轉變是可逆、迅速、可控的，因此，自磁流變液問世以來，在汽車制動器、離合器、阻尼器、密封器件、醫療器械和航天航空等領域有了越來越多的應用。

柔性壓力傳感器作為一種新型壓力傳感器,具有輕薄便攜、柔韌性好及可檢測復雜曲面及特殊接觸面間壓力等特點，可應用于人體運動檢測、健康診斷、智能服裝、電子皮膚、汽車行業、人機界面、移動通信等領域?，F有柔性壓力傳感器由于量程固定，高靈敏度和寬線性量程難以同時實現。此外，設計制造出結構簡單、可調節量程的柔性壓力傳感器對推動柔性壓力傳感器的發展也具有重要意義。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種可調量程電容式柔性壓力傳感器及其制備方法。該柔性電容式壓力傳感器采用薄膜空腔型結構，空腔內設置磁流變介質層，基于磁流變介質層的磁流變效應使得薄膜在外力情況下發生的形變受外磁場影響，借助對薄膜受力形變的影響調節兩電極板間的壓力-電容特性，最終實現柔性電容式壓力傳感器檢測量程的可調性。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案為：

第一方面，本發明提供一種可調量程電容式柔性壓力傳感器，由上電極層、柔性薄膜層、柔性腔體、磁流變介質層、下電極層、勵磁線圈層組成，上電極層位于最上方，柔性薄膜層覆蓋在柔性腔體上方，磁流變介質層被設置于柔性腔體中，柔性腔體下方是下電極層，勵磁線圈層置于下電極層下方。

所述上電極層的材質為導電性良好的材料，包括但不限定于金屬、無機導電材料、有機導電高分子材料及以上材料的復合物。

所述柔性薄膜層的材質為柔韌性優良的有機物，如聚二甲基硅氧烷。

所述柔性腔體的材質為柔韌性優良的有機物，如聚二甲基硅氧烷，柔性腔體兩端留有通孔用于加注磁流變介質。

所述磁流變介質層為三部分組成：磁性納米顆粒、非磁性載液和添加劑，是一種磁場-粘度敏感性流體材料；其中，磁性納米顆?？梢允撬难趸F納米顆粒，釹鐵硼納米顆?；蜩F，鈷，鎳等磁性金屬納米顆粒，添加劑通常為由超精細石英粉形成的硅膠，起到穩定分散納米顆粒，防止團聚的作用；其中，非磁性載液可以是水、硅油；磁流變介質層填充在柔性腔體中。

所述下電極層的材質為導電性良好的材料，包括但不限定于金屬、無機導電材料、有機導電高分子材料及以上材料的復合物。

所述勵磁線圈層由柔韌性良好的絕緣高分子聚合物和金屬線圈組成，其中，絕緣高分子聚合物可以是聚二甲基硅氧烷、PET、TPE等；金屬線圈的材質采用導電性良好的金屬，如Cu、Al等，金屬線圈嵌入在絕緣高分子聚合物中。

第二方面，本發明提供一種可調量程柔性電容式壓力傳感器，其制備方法包括以下步驟：

(1)采用印刷工藝制備柔性薄膜層；

(2)采用沉積工藝在柔性薄膜層上制備一層上電極層；

(3)采用3D打印法或模板法制備兩端帶通孔的柔性腔體，將柔性腔體粘貼在柔性薄膜層下方；

(4)采用沉積工藝在柔性腔體下方制備一層下電極層；