[發(fā)明專利]柔性壓力傳感器及其介電層、介電層的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110496994.0
• 申請(qǐng)日: 2021-05-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113218543B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘革波;聶立璠;張龍;張少輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號(hào): G01L1/14
• 分類號(hào): G01L1/14
• 代理公司: 深圳市銘粵知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰;武岑飛

提供了一種用于柔性壓力傳感器的介電層的制備方法，其包括：利用犧牲材料和聚合物基體材料形成固化薄膜；將所述固化薄膜置于犧牲材料去除溶液中以去除所述犧牲材料，從而形成具有三維多孔結(jié)構(gòu)的介電層。還提供了一種由該制備方法制備形成的介電層以及具有該介電層的柔性壓力傳感器。本發(fā)明在介電層的制備過(guò)程中通過(guò)利用犧牲材料獲得具有三維多孔結(jié)構(gòu)的介電層，三維多孔的結(jié)構(gòu)可以使介電層具有更加高的孔隙率，在應(yīng)力作用下更容易形變，從而具有優(yōu)異的彈性性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種用于柔性壓力傳感器的介電層及其制備方法、柔性壓力傳感器。

背景技術(shù)

近年來(lái)，傳感技術(shù)逐漸走進(jìn)人們的生活，尤其是在柔性壓力傳感器方面，因其具有優(yōu)異的機(jī)械性能和電性能，在可穿戴設(shè)備、電子皮膚、人機(jī)交互界面等方面發(fā)揮著巨大作用，具有重要的研究?jī)r(jià)值，因此，開(kāi)發(fā)高性能壓力傳感器至關(guān)重要。

在柔性壓力傳感器中，電容式傳感器具有高精度、低功耗、簡(jiǎn)單制造工藝和良好抗溫度能力等優(yōu)點(diǎn)，其作用機(jī)理是：通過(guò)施加壓力來(lái)改變介電層的厚度，從而使介電層產(chǎn)生了電容的變化，并將電容的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，進(jìn)而通過(guò)電信號(hào)來(lái)確定壓力的大小。

因此，介電層是電容式壓力傳感器提升靈敏度和壓力響應(yīng)范圍等的重要優(yōu)化對(duì)象。柔性壓力傳感器的介質(zhì)層通常為聚合物材料，由于材料其本身的彈性性能的限制，不利于介電層隨著應(yīng)力作用的變化發(fā)生形變，從而影響了基于所述介電層的壓力傳感器的靈敏度以及檢測(cè)范圍。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于柔性壓力傳感器的介電層及其制備方法、柔性壓力傳感器。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一方面提供的用于壓力傳感器的介電層的制備方法，其包括：利用犧牲材料和聚合物基體材料形成固化薄膜；將所述固化薄膜置于犧牲材料去除溶液中以去除所述犧牲材料，從而形成具有三維多孔結(jié)構(gòu)的介電層。

在上述實(shí)施例的一方面提供的用于柔性壓力傳感器的介電層的制備方法中，所述利用犧牲材料和聚合物基體材料形成固化薄膜的方法包括：將所述犧牲材料、陶瓷材料和所述聚合物基體材料均勻分散于有機(jī)溶劑中，以形成第一混合溶液；對(duì)所述第一混合溶液進(jìn)行加熱，以將所述有機(jī)溶劑蒸發(fā)去除，從而形成混合物；在所述混合物中加入固化劑以形成固化混合物，并利用所述固化物形成所述固化薄膜。

在上述實(shí)施例的一方面提供的用于柔性壓力傳感器的介電層的制備方法中，所述利用犧牲材料和聚合物基體材料形成固化薄膜的方法包括：將所述犧牲材料均勻分散于有機(jī)溶劑中，以形成第二混合溶液；將所述第二混合溶液涂覆于基板上，并對(duì)其進(jìn)行加熱，以將所述有機(jī)溶劑蒸發(fā)去除，從而形成第一薄膜；利用陶瓷材料、所述聚合物基體材料以及固化劑形成預(yù)聚物；將所述預(yù)聚物涂覆在所述第一薄膜上，以形成所述固化薄膜。

在上述實(shí)施例的一方面提供的用于柔性壓力傳感器的介電層的制備方法中，所述陶瓷材料為鈦酸鋇納米線，所述聚合物基體材料包括聚二甲硅氧烷、聚氨酯、聚酰亞胺、聚乙烯醇中的一種，所述犧牲材料為聚苯乙烯微球。

在上述實(shí)施例的一方面提供的用于柔性壓力傳感器的介電層的制備方法中，所述鈦酸鋇納米線為經(jīng)表面修飾的鈦酸鋇納米線。

在上述實(shí)施例的一方面提供的用于柔性壓力傳感器的介電層的制備方法中，所述聚苯乙烯微球與所述聚合物基體材料的體積比為2:1～4:1。

在上述實(shí)施例的一方面提供的用于柔性壓力傳感器的介電層的制備方法中，所述陶瓷材料的填充量為所述聚合物基體材料的5wt％～20wt％。

在上述實(shí)施例的一方面提供的用于柔性壓力傳感器的介電層的制備方法中，所述聚合物基體材料與所述固化劑的體積比為10:1。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一方面提供的用于柔性壓力傳感器的介電層，其由上述的制備方法制備形成。