一种柔性压力传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种柔性压力传感器，包括相对设置的两个电极结构，每一电极结构包括柔性衬底以及设置在柔性衬底上的导电层，两个电极结构的导电层相互朝向地抵触连接；其中，柔性衬底包括衬底本体及设置于衬底本体上的多个凸结构，导电层覆设在柔性衬底的具有多个凸结构的表面上。根据本实用新型专利技术的柔性压力传感器利用位于其内部的由柔性材料形成的多个凸结构在受到压力作用时容易变形的特点，实现了两个相对的电极结构中的导电层在接触时接触面积的变化而引起的电阻的变化、调节和控制，进而实现了压力传感。

Flexible pressure sensor

The utility model discloses a flexible pressure sensor, including two electrodes disposed opposite, each electrode structure comprises a flexible substrate and a conductive layer disposed on a flexible substrate, a two electrode structure of the conductive layer toward each other with the flexible connection; multiple convex structure substrate disposed in the substrate of ontology and ontology the substrate includes a conductive layer covered on the flexible substrate surface having a plurality of convex structure. According to the characteristics of flexible pressure sensor of the utility model using a plurality of convex structure formed of flexible material positioned in the easy deformation under pressure, the conductive layer two opposite electrode structure changes in the contact area changes, resistance caused by the regulation and control, and the pressure sensing.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于压力传感器
，具体来讲，涉及一种柔性压力传感器。
技术介绍
柔性压力传感器是一种能将应力转变为电学信号的柔性电子器件，其可广泛应用于柔性触屏、人工智能、可穿戴电子、移动医疗等领域。根据信号转换机理，压力传感器主要分为电阻式传感器、电容式传感器和压电式传感器。其中电阻式压力传感器的基本工作原理是将被测压力的变化转变为传感器的电阻值的变化。电阻式压力传感器由于具有器件结构简单、电阻信号稳定易测、较高的灵敏度等优点备受关注。将电阻式压力传感器的电极阵列进行微结构化是提高传感器灵敏度、可靠性的有效途径之一。在现有技术中，有利用硅作为模板制备出具有微纳指状结构阵列，然后在聚二甲基硅氧烷(简称PDMS)薄膜上溅射Pt薄膜电极，组装成对电极结构的压力传感器的技术；也有由上、下基底与本体电路组成的压感传感器，其中上、下基底具有相同的微立体结构的技术，如V形、U形、三菱锥形、正弦波形、球面立体等结构中的一种或多种；还有基于碳纳米管和高分子聚合物的柔性压力传感器，其以具有周期性排列的三角锥形为微结构进行制备。尽管上述技术均是将微结构的阵列应用到了柔性压力传感器中，但是它们的微结构阵列都是基于硅微模板法制得；而制作硅微模板，通常需要利用微电子机械系统(MEMS)加工技术，涉及腐蚀、键合、光刻、氧化、扩散、溅射等一系列复杂工艺，该技术虽然可以实现微结构阵列的精确、批量制作，但存在设备依赖性高、技术难度大、成本高等缺点。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本技术提供了一种柔性压力传感器，该柔性压力传感器利用位于其内部的由柔性材料形成的多个凸结构在受到压力作用时容易变形的特点，实现了两个相对的柔性衬底表面的电极层在接触时由接触面积的变化而导致电阻的变化、调节和控制，进而实现了压力传感。为了达到上述技术目的，本技术采用了如下的技术方案：一种柔性压力传感器，包括相对设置的两个电极结构，每一所述电极结构包括柔性衬底以及设置在所述柔性衬底上的导电层，所述两个电极结构的导电层相互朝向地抵触连接；其中，所述柔性衬底包括衬底本体及设置于所述衬底本体上的多个凸结构，所述导电层覆设在所述柔性衬底的具有多个凸结构的表面上。进一步地，所述导电层的表面形状与所述柔性衬底的具有多个凸结构的表面形状一致。进一步地，两个所述电极结构中的多个凸结构一一相对设置或相互交叉设置。进一步地，所述柔性衬底的材料选自聚二甲基硅氧烷、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、芳香族无规共聚物、丁苯橡胶、聚氨酯类弹性体、聚烯烃类弹性体和聚酰胺类弹性体等中的任意一种。进一步地，所述多个凸结构在所述所述衬底本体上阵列排布，所述凸结构的形状为球形；所述凸结构的直径为100nm～1mm，同一个所述柔性衬底中的相邻两个凸结构的间距不超过1mm。进一步地，所述电极层的材料选自纳米金、纳米银、纳米铝、纳米铜、纳米镍、纳米钯、纳米铂、纳米碳和铟锡氧化物中的任意一种。本技术的有益效果：(1)本技术的柔性压力传感器通过将两个具有凸结构的电极结构相对设置，并保证其中的导电层相互朝向地抵触连接，从而获得了柔性压力传感器；该柔性压力传感器可利用柔性衬底中凸结构在压力作用下易于变形、从而导致两个导电层的接触面积发生变化的特性，从而提高灵敏度与可靠性。(2)本技术的柔性压力传感器优选球状的凸结构，通过控制其粒径及间距等自组装形式，可实现这些凸结构形成的阵列的精细控制，从而实现微电极的精细化制作。(3)本技术的柔性压力传感器的制作方法采用胶体自组装及化学腐蚀工艺来制作柔性衬底；相比现有技术中柔性压力传感器一般的MEMS加工工艺，该制作方法更为简单便利、成本更加低廉。附图说明通过结合附图进行的以下描述，本技术的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：图1是根据本技术的实施例1的柔性压力传感器的结构示意图。图2-图3是根据本技术的实施例1的柔性压力传感器的工作示意图。图4是根据本技术的实施例2的柔性压力传感器的结构示意图。图5是根据本技术的实施例2的柔性压力传感器的工作示意图。图6-图11是根据本技术的实施例3的柔性压力传感器的制作方法的工艺流程图。具体实施方式以下，将参照附图来详细描述本技术的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本技术，并且本技术不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本技术的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本技术的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。实施例1图1是根据本技术的实施例1的柔性压力传感器的结构示意图。如图1所示，根据本实施例的柔性压力传感器包括相对设置的两个电极结构1，每个电极结构1包括柔性衬底11以及设置在柔性衬底11上的导电层12，两个电极结构1的导电层12相互朝向地抵触连接；其中，每个柔性衬底11包括衬底本体111及设置于该衬底本体111上的多个凸结构112，而导电层12即覆设在柔性衬底11的具有多个凸结构112的表面上，从而形成一完整的柔性压力传感器。在每一柔性衬底11中，多个凸结构112优选与衬底本体111一体形成；同时，导电层12将多个凸结构112完全包覆并覆盖在多个凸结构112之间的衬底本体111的表面上，也就是说，每个柔性衬底11表面上的导电层12是随着柔性衬底11表面的凹凸结构而起伏变化的，其是一个连续的整体，以保证实现良好的导电效果。在本实施例中，两个柔性衬底11中的多个凸结构112呈一一相对的方式排布。同一个柔性衬底11中，两个相邻的凸结构112之间的间距控制不超过1mm，此处该间距是指两个相邻的凸结构的边沿之间的最短距离；由此可见，两个相邻的凸结构112之间的间距是可以调节的，二者之间的间距可以缩小直至相互接触，即上述间距为零的状态。优选地，本实施例中，凸结构112的形状均为球状，且其直径控制为100nm～1mm，最终形成一凸结构阵列。值得说明的是，当凸结构112的直径越大、相邻两个凸结构112之间的间距越大，那么在同等面积的衬底本体111上能够排布的凸结构112的数量将越少，如此将导致获得的柔性压力传感器的测试精度及灵敏度降低。具体地，柔性衬底11的材料为聚二甲基硅氧烷(简称PDMS)，当然，也可以是其他如乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、芳香族无规共聚物、丁苯橡胶、聚氨酯类弹性体、聚烯烃类弹性体、聚酰胺类弹性体等柔性材料。更为具体地，导电层12的材料为纳米金，当然，也可以是其他如纳米银、纳米铝、纳米铜、纳米镍、纳米钯、纳米铂、纳米碳、铟锡氧化物(简称ITO)等导电材料。与此同时，本领域技术人员将理解的是，此处导电层12的作用仅在于导电，以使该柔性压力传感器能够正常使用，因此无需对导电层12的厚度进行要求。对本实施例的柔性压力传感器10进行测试，具体参照图2，将一根导线21的两端分别连接至柔性压力传感器10的两个电极层12，形成一电流回路，同时，在该电流回路中接入一测试仪表22，以进行电阻、电流等特征参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性压力传感器，其特征在于，包括相对设置的两个电极结构，每一所述电极结构包括柔性衬底以及设置在所述柔性衬底上的导电层，所述两个电极结构的导电层相互朝向地抵触连接；其中，所述柔性衬底包括衬底本体及设置于所述衬底本体上的多个凸结构，所述导电层覆设在所述柔性衬底的具有多个凸结构的表面上。

【技术特征摘要】
1.一种柔性压力传感器，其特征在于，包括相对设置的两个电极结构，每一所述电极结构包括柔性衬底以及设置在所述柔性衬底上的导电层，所述两个电极结构的导电层相互朝向地抵触连接；其中，所述柔性衬底包括衬底本体及设置于所述衬底本体上的多个凸结构，所述导电层覆设在所述柔性衬底的具有多个凸结构的表面上。2.根据权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述导电层的表面形状与所述柔性衬底的具有多个凸结构的表面形状一致。3.根据权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述两个电极结构中的多个凸结构一一相对设置或相互交叉设置。4.根据权利要求1-3任一所述的柔性压力传感器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡友根，孙蓉，赵涛，朱朋莉，梁先文，朱玉，张愿，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：新型
国别省市：广东;44