一种大面积柔性传感器阵列的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大面积柔性传感器阵列的制备方法，包括以下步骤：步骤S1：制备压敏复合材料；步骤S2：根据应用需求在柔性基板上制备电极阵列；步骤S3：将未固化的压敏复合材料，直接以丝网印刷的方式印刷于第一电极阵列/第二电极阵列表面，固化后形成压敏层点阵；步骤S4：将各个点电极引出并形成电极接口，以用于与外部电路相连接；步骤S5：对上述结构进行一体封装，以形成大面积柔性传感器阵列。与现有技术相比较，本发明专利技术在改进复合材料配方的基础上，利用印刷工艺实现大面积传感器阵列的制作，以印刷工艺所制得的压敏阵列与电极阵列有更好的连通性，更好的附着力，体积更小，制备效率更高，避免了传统工艺重复安装的过程。

【技术实现步骤摘要】
一种大面积柔性传感器阵列的制备方法
本专利技术涉及柔性传感器
，尤其涉及一种大面积柔性传感器阵列的制备方法。
技术介绍
随着技术和现代化水平的提升，人们对压力的监测要求越来越高，不在局限于对规整刚性表面的压力监测，形式也多种多样，普通的刚性传感器已无法达到人们的实际需求。例如人们希望通过可穿戴，可贴敷甚至可植入等方式，实现对诸如心跳，脉搏，血压，呼吸等生理指标的实时监测，这些产品除了要兼顾准确性和安全性，也要考虑到人体佩戴的舒适性，能够承受人体各种日常动作，甚至大负荷运动而不影响传感器的性能指标。柔性压力传感器由于其随意弯曲甚至折叠，体积小，厚度薄，柔性材料基本无毒无害，与人体具有良好的相容性，在医疗设备，智能机器人，可穿戴设备等领域得到了大量的研究与应用，近年来，柔性压力传感器已不再局限于对单一或少量点的压力监测，当前柔性压力传感器技术正朝着大面积，高密度，低成本等方向发展。虽然柔性压力传感器技术近年来得到了长足的发展，但是大面积柔性阵列传感器的研究较少。在大面积集成应用中，现有技术基于涂覆工艺的传感器，一般先制备出压敏层，再根据应用需求裁剪安装，材料利用率低，厚度过大，成本过高。其次效率过低，大面积集成，仅仅是单个传感器的重复安装制作，不适合大面积高密度柔性阵列传感器的制作。故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种大面积柔性传感器阵列的制备方法，从而降低柔性压力传感器阵列的体积，提高大面积集成制作的效率，提高材料利用率。为了解决现有技术存在的技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种大面积柔性传感器阵列的制备方法，包括以下步骤：步骤S1：制备压敏复合材料；步骤S2：根据应用需求在柔性基板上制备电极阵列，分别形成第一电极阵列和第二电极阵列，其中，所述第一电极阵列任一点电极均与第二电极阵列一点电极一一对应作为电极组；步骤S3：将未固化的压敏复合材料，直接以丝网印刷的方式印刷于第一电极阵列/第二电极阵列表面，固化后形成压敏层点阵，其中，所述压敏层点阵中每个点单元与各个电极组一一对应，每个点单元中压敏复合材料完全覆盖点电极，并与相应的电极组之间形成“三明治”结构或“叉指”结构；步骤S4：将各个点电极引出并形成电极接口，以用于与外部电路相连接；步骤S5：对上述结构进行一体封装，以形成大面积柔性传感器阵列。作为优选的技术方案，所述步骤S1进一步包括以下步骤：步骤S11：选取配料；具体包括炭黑、硅橡胶、硅烷偶联剂、纳米SIO2和石脑油，其中，炭黑的占比为硅橡胶质量的2％-10％，硅烷偶联剂的占比为配料总质量的2％-5％，纳米SIO2的占比为配料总质量的2％-10％，其余为石脑油；步骤S12：混料；首先将炭黑、硅烷偶联剂、纳米SIO2加入到石脑油中，物理搅拌5-30min后超声分散30-50min；然后再将硅橡胶加入混合溶液中，物理搅拌5-8h；步骤S13：干燥；将混合溶液放入真空干燥箱，去除未挥发的有机溶剂，形成粘性溶液；其中，硅橡胶选用双组分室温硫化硅橡胶。作为优选的技术方案，当压敏层点阵、第一电极阵列和第二电极阵列之间形成“三明治”结构时：在所述步骤S2中，分别形成第一电极阵列基板和第二电极阵列基板；在所述步骤S3中，以第一电极阵列基板/第二电极阵列基板为底板，将未固化的压敏复合材料，直接以丝网印刷的方式印刷于第一电极阵列基板/第二电极阵列基板表面，固化后形成压敏层点阵，然后再将第二电极阵列基板/第一电极阵列基板压合在压敏层点阵上。作为优选的技术方案，在第一电极阵列基板和第二电极阵列基板之间还设置绝缘胶层，该绝缘胶层覆盖压敏层点阵以外的所有区域，并使第一电极阵列基板和第二电极阵列基板结为一体。作为优选的技术方案，当压敏层点阵、第一电极阵列和第二电极阵列之间形成“叉指”结构时：在所述步骤S2中，在同一柔性基板上形成第一电极阵列和第二电极阵列；在所述步骤S3中，压敏层点阵中每个点单元覆盖相应的电极组。作为优选的技术方案，在压敏层点阵表面涂覆一层未固化的绝缘胶层,然后将柔性基板覆盖于压敏层点阵表面。作为优选的技术方案，所述柔性基板采用聚酯PET或聚酰亚胺PI。作为优选的技术方案，在所述步骤S2中，电极阵列以印刷的方式制备在柔性基板上。作为优选的技术方案，还包括根据应用需求制备印刷网版的步骤，所述印刷网版用于印刷压敏层点阵。作为优选的技术方案，采用200目印刷网版。与现有技术相比较，本专利技术在改进复合材料配方的基础上，利用印刷工艺实现大面积传感器阵列的制作，彻底改变了以往基于涂覆方式、重复安装柔性压力传感器的工艺流程，以印刷工艺所制得的压敏阵列与电极阵列有更好的连通性，更好的附着力，体积更小，制备效率更高，避免了传统工艺重复安装的过程，工艺简单，材料利用率高；采用本专利技术工艺制备的大面积传感阵列，结构简单，厚度较薄，电极阵列通过公用行列线连通，降低了信号采集电路的复杂性。同时，阵列点间干扰少，密度面积可任意改变，成本低，极大提高了柔性传感器阵列的应用范围。附图说明图1为本专利技术大面积柔性传感器阵列的制备方法的流程图。图2为本专利技术中压敏复合材料的制备工艺流程图。图3为炭黑含量对复合材料导电性能的影响曲线。图4为炭黑浓度6％时压阻曲线。图5为本专利技术一种优选实施方式的传感器阵列结构图。图6为“三明治”结构传感器压阻特性曲线。图7为本专利技术另一种优选实施方式的传感器阵列结构图。图8为“叉指”结构传感器压阻特性曲线。如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术提供的技术方案作进一步说明。在现有技术的制备工艺中，大多采用匀胶等方式实现压敏薄膜的制备，待固化成型后，再从薄膜上获取所需形状的压敏层，这种工艺流程效率过低且材料利用率也低，不适合制备大面积传感阵列。参见图1，所示为本专利技术提供一种大面积柔性传感器阵列的制备方法的流程框图，包括以下步骤：步骤S1：制备压敏复合材料；步骤S2：根据应用需求在柔性基板上制备电极阵列，分别形成第一电极阵列和第二电极阵列，其中，所述第一电极阵列任一点电极均与第二电极阵列一点电极一一对应作为电极组；步骤S3：将未固化的压敏复合材料，直接以丝网印刷的方式印刷于第一电极阵列/第二电极阵列表面，固化后形成压敏层点阵，其中，所述压敏层点阵中每个点单元与各个电极组一一对应，每个点单元中压敏复合材料完全覆盖点电极，并与相应的电极组之间形成“三明治”结构或“叉指”结构；步骤S4：将各个点电极引出并形成电极接口，以用于与外部电路相连接；步骤S5：对上述结构进行一体封装，以形成大面积柔性传感器阵列。采用上述技术方案，利用印刷工艺实现大面积传感器阵列的制作，以印刷工艺所制得的压敏阵列与电极阵列有更好的连通性，更好的附着力，体积更小，制备效率更高，避免了传统工艺重复安装的过程，工艺简单，材料利用率高。申请人在研究中发现，目前压敏材料广泛采用的单组份室温硫化硅橡胶，由于其表干时间过短，如果直接印刷，会增加复合材料和空气的接触面积，刮刀与网版间的摩擦会导致发热，这些因素都会加速硅橡胶的固化，导致堵网现象。因此，如何制备高性能、低成本并适用于丝网印刷的压敏复合材料是关键，本专利技术在进行大量理论及实验分析的基础上，提出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大面积柔性传感器阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：制备压敏复合材料；步骤S2：根据应用需求在柔性基板上制备电极阵列，分别形成第一电极阵列和第二电极阵列，其中，所述第一电极阵列任一点电极均与第二电极阵列一点电极一一对应作为电极组；步骤S3：将未固化的压敏复合材料，直接以丝网印刷的方式印刷于第一电极阵列/第二电极阵列表面，固化后形成压敏层点阵，其中，所述压敏层点阵中每个点单元与各个电极组一一对应，每个点单元中压敏复合材料完全覆盖点电极，并与相应的电极组之间形成“三明治”结构或“叉指”结构；步骤S4：将各个点电极引出并形成电极接口，以用于与外部电路相连接；步骤S5：对上述结构进行一体封装，以形成大面积柔性传感器阵列。

【技术特征摘要】
1.一种大面积柔性传感器阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：制备压敏复合材料；步骤S2：根据应用需求在柔性基板上制备电极阵列，分别形成第一电极阵列和第二电极阵列，其中，所述第一电极阵列任一点电极均与第二电极阵列一点电极一一对应作为电极组；步骤S3：将未固化的压敏复合材料，直接以丝网印刷的方式印刷于第一电极阵列/第二电极阵列表面，固化后形成压敏层点阵，其中，所述压敏层点阵中每个点单元与各个电极组一一对应，每个点单元中压敏复合材料完全覆盖点电极，并与相应的电极组之间形成“三明治”结构或“叉指”结构；步骤S4：将各个点电极引出并形成电极接口，以用于与外部电路相连接；步骤S5：对上述结构进行一体封装，以形成大面积柔性传感器阵列。2.根据权利要求1所述的大面积柔性传感器阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括以下步骤：步骤S11：选取配料；具体包括炭黑、硅橡胶、硅烷偶联剂、纳米SIO2和石脑油，其中，炭黑的占比为硅橡胶质量的2％-10％，硅烷偶联剂的占比为配料总质量的2％-5％，纳米SIO2的占比为配料总质量的2％-10％，其余为石脑油；步骤S12：混料；首先将炭黑、硅烷偶联剂、纳米SIO2加入到石脑油中，物理搅拌5-30min后超声分散30-50min；然后再将硅橡胶加入混合溶液中，物理搅拌5-8h；步骤S13：干燥；将混合溶液放入真空干燥箱，去除未挥发的有机溶剂，形成粘性溶液；其中，硅橡胶选用双组分室温硫化硅橡胶。3.根据权利要求1或2所述的大面积柔性传感器阵列的制备方法，其特征在于，当压敏层点阵、第一电极阵列和第二电极阵列之间形成“三明治”结构时：...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦会斌，吴建锋，李小磊，华咏竹，杨胜英，秦宏帅，徐志望，顾志荣，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33