[發明專利]一種主動式壓力傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110343341.9
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113074840B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 陳小平;劉伊娜;文震;趙春;趙策洲
• 申請（專利權）人: 西交利物浦大學
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00;H02N1/04
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 孟金喆

本發明公開了一種主動式壓力傳感器及其制備方法。該主動式壓力傳感器包括第一金屬電極層；第二金屬電極層，與所述第一金屬電極層相對設置；柔性有機介電層，位于所述第一金屬電極層和所述第二金屬電極層之間；所述柔性有機介電層在朝向所述第二金屬電極層的一側設置有多個凹槽結構。當所述第一金屬電極層背離所述第二金屬電極層的一側表面受到壓力時，所述柔性有機介電層發生形變，所述凹槽結構的槽底和/或側壁與所述第二金屬電極接觸摩擦產生電荷，這樣所述第一金屬電極層與所述第二金屬電極層之間產生電勢差，實現了無需外部電路供電的壓力傳感器設計。

技術領域

本發明實施例涉及傳感器技術，尤其涉及一種主動式壓力傳感器及其制備方法。

背景技術

隨著人類生產生活的不斷發展，人們越來越關注自身的健康。隨著人口的老齡化趨勢，社會福利和衛生保健給社會經濟體系帶來了沉重的負擔。實時監測可以提供人體健康狀況的生理信號，如脈搏、心率、呼吸頻率、足底壓等，對疾病的預防、診斷和治療具有重要意義。因此，迫切需要開發經濟有效的健康監測技術。

腳是人體的“第二顆心臟”，通過檢測步行時足底與支撐面之間的壓力大小及分布，可反映人體下肢乃至全身的結構、功能及運動控制等情況。傳統的足底壓力監測系統或者壓力監測系統，由于受限于功耗和電池的壽命，不能實現長時間連續監測。

發明內容

本發明提供了一種主動式壓力傳感器及其制備方法，以實現無需外部電路供電的壓力傳感器設計。

第一方面，本發明實施例提供了一種主動式壓力傳感器，該主動式壓力傳感器包括：

第一金屬電極層；

第二金屬電極層，與所述第一金屬電極層相對設置；

柔性有機介電層，位于所述第一金屬電極層和所述第二金屬電極層之間；所述柔性有機介電層在朝向所述第二金屬電極層的一側設置有多個凹槽結構；

其中，在所述第一金屬電極層背離所述第二金屬電極層的一側表面受到壓力時，所述柔性有機介電層發生形變，所述凹槽結構的槽底和/或側壁與所述第二金屬電極接觸摩擦產生電荷，所述第一金屬電極與所述第二金屬電極之間產生電勢差。

可選的，所述凹槽結構為拱形結構；

所述拱形結構的孔徑d的取值范圍為：0.3mm≤d≤0.8mm。

可選的，所述柔性有機介電層的楊氏模量E的取值范圍為：0.01GPa≤E≤0.1GPa。

可選的，所述柔性有機介電層包括：

柔性基底層；

柔性孔狀層，位于所述柔性基底層一側的柔性孔狀層；所述柔性孔狀層包括多個開口結構；所述開口結構與所述柔性基底層構成所述凹槽結構。

可選的，所述第一金屬電極層包括銅箔或者鋁箔；所述第一金屬電極層的厚度h1的取值范圍為：10μm≤h1≤30μm；

所述第二金屬電極層包括銅箔或者鋁箔；所述第二金屬電極層的厚度h2的取值范圍為：10μm≤h2≤30μm。

可選的，該主動式壓力傳感器還包括：負載、第一連接導線和第二連接導線；

所述負載的一端通過所述第一連接導線與所述第一金屬電極層電連接，所述負載的另一端通過所述第二連接導線與所述第二金屬電極層電連接。

第二方面，本發明實施例還提供了一種主動式壓力傳感器的制備方法，用于制備上述第一方面所述的主動式壓力傳感器，該制備方法包括：

提供一模具；

在所述模具中形成所述柔性有機介電層；所述柔性有機介電層在朝向所述第二金屬電極層的一側設置有多個凹槽結構；