[發明專利]一種超快響應的透氣式柔性壓力傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202111096476.6
• 申請日: 2021-09-18
• 公開（公告）號: CN113790831A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 李元岳;任萌娜
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14;G01L9/12;B32B5/02;B32B5/26;B32B37/00;D01D5/00;D04H1/728
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 黃曉敏

本發明屬于傳感器技術領域，涉及一種超快響應的透氣式柔性壓力傳感器及其制備方法，第一PVP納米纖維薄膜層和第二PVP納米纖維薄膜層相對設置；第一電極層附著在第一PVP納米纖維薄膜層內側；第二電極層附著在第二PVP納米纖維薄膜層內側，第一電極層和第二電極層之間設置有PVP納米纖維膜介質層；該透氣式柔性壓力傳感器的基底和介電層均為利用靜電紡絲得到具有微納結構的PVP納米纖維膜，簡化了制備流程，成本低，能大面積生產，傳感器的靈敏度高，響應時間快；將PVP納米纖維膜用在透氣式柔性壓力傳感器中，使整個器件具備良好的透氣性和極佳的柔韌性，有利于人體的長時間穿戴來實時監測人體呼吸情況和人體的微弱生命體征信號。

技術領域：

本發明屬于傳感器技術領域，涉及一種超快響應的透氣式柔性壓力傳感器及其制備方法。

背景技術：

傳感器是能感受被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，是獲取測量、測控和智能自動化系統信息的重要手段。壓力傳感器通常由壓力敏感元件和信號處理單元組成。根據信號轉換機理，柔性壓力傳感器主要分為壓電式、壓阻式和電容式?；谶@些柔性壓力傳感器的可穿戴系統能夠對人體重要生命體征信號進行連續、無創、實時、舒適的監測，為疾病診斷、預防和康復保健提供重要的臨床信息。特別是電容式柔性壓力傳感器由于具有靈敏度高、響應時間短、檢測范圍廣、遲滯小等優勢，近年來被廣泛應用于許多新興可穿戴柔性電子器件，如人體運動監測設備、醫療健康設備等。

目前，常用的提高傳感器靈敏度的技術是引入微結構，引入微結構可以顯著提升傳感器的信號強度和傳感性能，但是微結構的獲取方式例如硅倒膜法、光刻法、反應離子束刻蝕法等，制備工藝復雜、耗時費力，不利于大規模生產，從而限制了其廣泛應用。聚二甲基硅氧烷薄膜(PDMS)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)是目前柔性壓力傳感器常采用的基底，但是這種基底不透氣，長時間貼附皮膚會出現發炎的癥狀，而且這些薄膜厚度較厚時會影響傳感器的靈敏度和響應時間，例如專利CN 111552381 A設計了一種在PDMS基底上鍍金的電極，AgNWs/TPU(銀納米線/熱塑性聚氨酯彈性體橡膠)納米纖維膜為介電層的電容式壓力傳感器，可以一定程度上改善低壓強狀態的靈敏度，但是其響應時間慢，透氣性差；專利CN110926663 A設計了一種以鈀源和PAN(聚丙烯腈)紡絲的納米纖維膜通過化學鍍銀得到的導電納米纖維膜作為電極，尼龍網作為介質層的柔性電容式壓力傳感器，具有制備工藝簡單、透氣性好的優點，但是其響應時間仍沒有很大改善。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術中柔性壓力傳感器響應時間不高、透氣性差、制備步驟繁瑣等缺陷，設計提供一種具有超快響應時間的透氣式柔性壓力傳感器及其制備方法。

為了實現上述目的，本發明所述超快響應的透氣式柔性壓力傳感器包括第一PVP納米纖維薄膜層、第二PVP納米纖維薄膜層、第一電極層、第二電極層和PVP納米纖維膜介質層；第一PVP納米纖維薄膜層和第二PVP納米纖維薄膜層相對設置；第一電極層附著在第一PVP納米纖維薄膜層內側；第二電極層附著在第二PVP納米纖維薄膜層內側，第一電極層和第二電極層之間設置有PVP納米纖維膜介質層。

進一步的，所述第一PVP納米纖維薄膜層、第二PVP納米纖維薄膜層和PVP納米纖維膜介質層均為采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，利用靜電紡絲得到具有微納結構的納米纖維膜。

進一步的，所述第一電極層和第二電極層采用銀納米顆?；蜚y納米線、金、銅箔、鋁箔中的一種，優先選擇銀納米線。

本發明制備超快響應的透氣式柔性壓力傳感器的具體過程為：