[發明專利]微裂紋應變傳感元件及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110578601.0
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113310395B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 王倩;楊智航;陳慧;歸悅承;王可軍;樊成;張雷
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;A61B5/00;A61B5/08;A61B5/024
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 殷海霞

本發明公開了微裂紋應變傳感元件及其制備方法和應用。所述微裂紋應變傳感元件包括：基底層、金屬薄膜、保護層、輸出電極、封裝層；所述金屬薄膜設于基底層上，所述金屬薄膜由兩種金屬材料沉積而成，所述金屬薄膜設有圖案化裂紋結構；所述保護層設于金屬薄膜上；所述輸出電極連接于金屬薄膜，用于輸出電信號；所述封裝層設于保護層上。本發明的微裂紋應變傳感元件制備方法相較現有裂紋制備技術具有更高精度的裂紋可控性且不會影響裂紋的使用壽命，以及更優化的實際操作難度；微裂紋的應變傳感元件的高靈敏度、可穿戴性、小型化等特點可在醫學領域中得到廣泛的應用。

技術領域

本發明屬于微型智能電子技術領域，具體涉及微裂紋應變傳感元件及其制備方法和應用。

背景技術

傳統的機械量傳感器很難滿足低功耗，高穩定性，小型化，高精度，高移動性和其他優異性能，而這往往也是一些對傳感器性能要求高的領域所需傳感器的關鍵要素，如可穿戴電子產品領域、醫學領域等，傳統的可穿戴智能設備一般都是非柔性，應用僅局限于某些部位。隨著柔性導電技術的發展，柔性可穿戴智能設備的出現成為了可能，柔性傳感器是可穿戴智能設備的核心器件。現有的柔性微裂紋傳感器的制備方法有著精度不足、影響傳感器壽命等問題。

發明內容

為此，本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術中傳統機械量傳感器靈敏度不足、尺寸過大、移動性不足等缺點；以及解決傳統裂紋應變傳感器制備方法精度不足，影響傳感元件使用壽命等問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了微裂紋應變傳感元件，包括：基底層、金屬薄膜、保護層、輸出電極、封裝層；所述金屬薄膜設于基底層上，所述金屬薄膜由兩種金屬材料沉積而成，所述金屬薄膜設有圖案化裂紋結構；所述保護層設于金屬薄膜上；所述輸出電極連接于金屬薄膜，用于輸出電信號；所述封裝層設于保護層上。

在本發明的一個實施例中，所述基底層的材料包括：聚酰亞胺(PI)、聚乙烯對苯二甲酸脂(PET)、聚氯乙烯(PVC)、尼龍(PA)、流延聚丙烯薄膜(CPP)材料的薄膜。

在本發明的一個實施例中，所述金屬薄膜層為采用金(Au)薄膜和鉻(Cr)相沉積而成的薄膜，其中金(Au)替換的金屬材料包括：鉑(Pt)、銀(Ag)、銅(Cu)。

在本發明的一個實施例中，所述保護層的原料采用環氧樹脂A液與B液按照重量比3:1的比例混合攪拌而成。

在本發明的一個實施例中，所述封裝層的原料采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)樣液按重量比10：1的比例混合攪拌而成。

本發明還提供了一種制備所述微裂紋應變傳感元件的方法，包括如下步驟：

(1)根據所需傳感元件形狀制作帶有相應鏤空形狀的鍍膜模板，將鍍膜模板放置于基底層上，在基底層上鍍上由兩種金屬材料沉積而成的金屬薄膜層；

(2)根據所需裂紋的密度與位置制作帶有相應鏤空形狀的圖案的保護層模板上設計，并噴涂上脫模劑；

(3)將保護層模板固定于金屬薄膜層表面，并將保護層的原料刷涂在保護層模板上；

(4)待保護層固化后進行脫模，并布置輸出電極，得到樣片；

(5)將封裝層的原料旋涂于樣片表面；

(6)對金屬薄膜層進行彎曲和拉伸操作以在金屬薄膜層表面得到圖案化裂紋結構。

在本發明的一個實施例中，所述鍍膜模板的結構包括鏤空部分，所述鏤空部分兩端設有凸出部分。

在本發明的一個實施例中，所述保護層模板的結構包括間隔的長方形狀的鏤空槽。

在本發明的一個實施例中，所述圖案化裂紋結構為在金屬薄膜層表面的裂紋陣列，所述裂紋位于在金屬薄膜層表面間隔排列的保護層之間。