[發(fā)明專利]一種PDMS—PS聚合物電介質(zhì)的電容式柔性壓力傳感器及其制作工藝

有效

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• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113138042B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設計）人: 章城;張濤;魏國
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14
• 代理公司: 溫州匠心專利代理事務所(特殊普通合伙) 33279
• 代理人: 胡仁勇

本發(fā)明提出了一種PDMS—PS聚合物電介質(zhì)的電容式柔性壓力傳感器，包括電極，所述電極包括PDMS基底薄膜，所述PDMS基底薄膜之間設置有電介層薄膜，所述電介層薄膜包括PDMS—PS聚合物，所述PDMS基底薄膜對應所述電介層薄膜的一側(cè)設置有微結(jié)構，另一側(cè)設置導電薄膜，兩側(cè)電極通過膠布與導線連接。通過采用上述技術方案，電介層薄膜采用PDMS—PS聚合物，受壓易變形，由于材料的彈性其電容也會隨著改變，從而進一步引起電流的變化，電阻率變化大，從而提高了傳感器的靈敏度，實現(xiàn)了高靈敏度的力傳感。

技術領域

本發(fā)明涉及傳感器領域，具體涉及一種PDMS—PS聚合物電介質(zhì)的電容式柔性壓力傳感器及其制作工藝。

背景技術

隨著新材料和微納米技術的發(fā)展，大量的柔性傳感器被應用于機器人皮膚、智能假肢、可穿戴設備等領域。目前傳感器根據(jù)能量和信息轉(zhuǎn)換方式可以分為以下幾類: 電容式、電阻式、壓電式。相比其他形式的傳感器，電容式傳感器具有結(jié)構簡單、靈敏度高、性能穩(wěn)定等特點，引起越來越多的學者對其進行關注和研究。

常見的電容式壓力傳感器多以“三明治”結(jié)構為主，由上下兩個電極及中間的介電層組成。對于介電層，由于彈性介電層楊氏模量的限制電容式壓力傳感器難以達到高靈敏度的要求。當前，改善電容式性能的方法主要有以下兩種。一種是在中間介電層表面增加微結(jié)構，降低介電層的楊氏模量，增加形變能力，從而提高傳感器的靈敏度性能。另一種就是在中間介電層中添加納米材料改變傳感器的介電常數(shù)。故研究適合的敏感材料或是微納結(jié)構及其相關制作工藝是電容式柔性壓力傳感器發(fā)展的關鍵。近年來對電容式柔性壓力傳感器性能的改善方法主要集中在介電層的材料與微結(jié)構的改進，采用浸泡法制作敏感層，對于電極一般采用Ag、Au的溶液制備電容式壓力傳感器傳感器具有較高的靈敏度，但是其昂貴的導電材料和復雜制作工藝嚴重影響了其實用性。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述問題，本發(fā)明目的在于提供一種高靈敏、低成本的PDMS—PS聚合物電介質(zhì)的電容式柔性壓力傳感器及其制作工藝。

針對以上問題，提供了如下技術方案：一種PDMS—PS聚合物電介質(zhì)的電容式柔性壓力傳感器，包括電極，所述電極包括PDMS基底薄膜，所述PDMS基底薄膜之間設置有電介層薄膜，所述電介層薄膜包括PDMS—PS聚合物，所述PDMS基底薄膜對應所述電介層薄膜的一側(cè)設置有微結(jié)構，另一側(cè)設置導電薄膜，兩側(cè)電極通過膠布與導線連接。

通過采用上述技術方案，電介層薄膜采用PDMS—PS聚合物，受壓易變形，由于材料的彈性其電容也回隨著改變，從而進一步引起電流的變化，電阻率變化大，從而提高了傳感器的靈敏度，實現(xiàn)了高靈敏度的力傳感。

本發(fā)明進一步設置：所述微結(jié)構包括多個微型單元，所述微型單元包括一個以上的不同高度的金字塔凸部，所述金字塔凸部包括第一凸部和第二凸部，所述第一凸部的高度為h1，所述第二凸部的高度為h2，h1 ＞ h2，所述微型單元以第一凸部為中心，第二凸部設置于第一凸部的四周。

通過采用上述技術方案，彈性材料的形變?yōu)閭鞲衅鞯母哽`敏度提供保障，但材料的形變之后的擴散也使得其殘剩一定的滯后性，多級金字塔可以有效的減少由于黏附現(xiàn)象產(chǎn)生的傳感器的滯后性。

本發(fā)明進一步設置：所述金字塔凸部還包括第三凸部，所述第三凸部的高度為h3，h1 ＞ h2＞ h3，所述第二凸部設置第一凸部與第三凸部之間，每個微型單元中，第一凸部、第二凸部和第三凸部呈十字軸分布。

通過采用上述技術方案，金字塔凸部可為多級設置，從每個微型單元截面來看，由多個不同高度的金字塔凸塊構成了大金字塔凸塊，其形變程度隨金字塔凸部的級數(shù)增加，其靈敏度越高。

本發(fā)明進一步設置：相鄰微型單元之間構成方形空隙。

通過采用上述技術方案，十字軸分布，相鄰微型單元之間構成方形空隙，減小了傳感器微結(jié)構的密度，提升了傳感器的靈敏度。