液态金属薄膜电极的制造方法及柔性压力传感器技术

本发明专利技术涉及一种液态金属薄膜电极的制造方法及柔性压力传感器,包括：将弹性体介电层的两种组分按照比例混合，经过搅拌并除去气泡后，滴加在经表面活性剂处理的第一载体上，并进行旋涂处理；对所述第一载体进行加热，在所述弹性体介电层未完全固化时粘贴导电胶带；将液体金属喷涂在所述弹性体介电层上，形成液态金属电极，且所述液态金属电极与所述导电胶带相连；在带有液态金属电极的弹性体介电层上加入定型体，形成第一液态金属弹性体复合电极，待固化后，将所述第一液态金属弹性体复合电极从所述第一载体上分离。本发明专利技术灵敏度高，不易受外界环境干扰。

【技术实现步骤摘要】
液态金属薄膜电极的制造方法及柔性压力传感器
本专利技术涉及柔性压力传感器的
，尤其是指一种液态金属薄膜电极的制造方法及柔性压力传感器。
技术介绍
柔性压力传感器按照工作原理可以分为电容式、电阻式、压电式等。其中，电容式压力传感器具有检测极限低、灵敏度高、能耗小、发热程度低以及结构紧凑等优点。电容式压力传感器由柔性电极和电容介质组成，根据外力作用下电极正对面积、间隔距离以及电容介质的改变实现输出信号的响应。其中，柔性电极的制备方案大体可分为两种：一种是向聚二甲基硅氧烷(PDMS)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、聚氨酯(PU)等弹性聚合物基质中掺入石墨烯、碳纳米管(CNTs)、金属纳米颗粒或纳米线等导电填料；另一种是选用自身可拉伸的导电材料，比如离子液体、离子凝胶、液态金属等。上述两种柔性电极制备方案中，向弹性体聚合物中掺入导电填料的方法会增大材料整体的杨氏模量，降低机械强度和可拉伸性，在形变过程中容易导致电阻急剧增大，甚至产生不可逆损坏；而以液态金属等材料作为柔性电极时，其流动性增加了三维结构修饰和封装的难度。另外现有的柔性压力传感器中，“柔性”往往仅限于能够自由弯曲以及轻微的拉伸。虽然目前有很多可拉伸材料被用于研发应变传感器，即利用材料拉伸形变产生的电学信号来反馈传感器的拉伸程度，但拉伸这一变量对于大多数压力传感器来说，是一个影响压力检测准确性的干扰因素，因此，压力传感器的可拉伸性并没有得到充足的研究，如何在保证压力灵敏度的基础上提升传感器的柔性和可拉伸性仍然是一个值得研究的问题。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中压力传感器可拉伸性差、压力信号易受拉伸干扰等问题，从而提供一种高灵敏度、可拉伸的液态金属薄膜电极的制造方法及柔性压力传感器。为解决上述技术问题，本专利技术的一种液态金属薄膜电极的制造方法，包括：将弹性体介电层的两种组分按照比例混合，经过搅拌并除去气泡后，滴加在经表面活性剂处理的第一载体上，并进行旋涂处理；对所述第一载体进行加热，在所述弹性体介电层未完全固化时粘贴导电胶带；将液体金属喷涂在所述弹性体介电层上，形成液态金属电极，且所述液态金属电极与所述导电胶带相连；在带有液态金属电极的弹性体介电层上加入定型体，形成第一液态金属弹性体复合电极，待固化后，将所述第一液态金属弹性体复合电极从所述第一载体上分离。在本专利技术的一个实施例中，所述弹性体介电层和定型体所使用的材料是硅橡胶。本专利技术还提供了一种液态金属薄膜电极的制备方法，在完成上述的液态金属薄膜电极的制备方法的步骤后，还包括：将第一液态金属弹性体复合电极置放在第二载体上，使所述第一液态金属弹性体复合电极中的弹性体介电层朝向所述第二载体，并将具有液态金属电极的条纹与所述第二载体的微孔对齐；将所述第二载体及第一液态金属弹性体复合电极置放在真空环境中，先施加负压，然后增压，使所述第一液态金属弹性体复合电极向所述微孔内凹陷；在所述凹陷内加入定型体，形成第二液态金属弹性体复合电极，待固化后，将所述第二液态金属弹性体复合电极从所述第二载体上分离。在本专利技术的一个实施例中，所述第一液态金属弹性体复合电极向所述微孔内凹陷的程度通过改变负压的大小进行调节。本专利技术还提供了一种柔性压力传感器，包括第一液态金属弹性体复合电极以及第二液态金属弹性体复合电极，其中所述第一液态金属弹性体复合电极为平面结构，所述第二液态金属弹性体复合电极为拱形结构，且所述第二液态金属弹性体复合电极位于所述第一液态金属弹性体复合电极的上方。在本专利技术的一个实施例中，所述第一液态金属弹性体复合电极的液态金属条纹与所述第二液态金属弹性体复合电极的液态金属条纹相互垂直，且所述第二液态金属弹性体复合电极的拱形凸起与所述第一液态金属弹性体复合电极的液态金属条纹相互对齐。本专利技术还提供了一种柔性压力传感器，包括上述的柔性压力传感器，且多个第一液态金属弹性体复合电极的数量为多个，且呈阵列式排布，第二液态金属弹性体复合电极的数量也为多个，且呈阵列式排布。本专利技术还提供了一种柔性压力传感器，包括两个第二液态金属弹性体复合电极，其中一个作为底层电极，另一个作为顶层电极，且所述第二液态金属弹性体复合电极为拱形结构。本专利技术还提供了一种柔性压力传感器，包括上述的柔性压力传感器，作为底层电极的第二液态金属弹性体复合电极的数量为多个，且呈阵列式排布，作为顶层电极的第二液态金属弹性体复合电极的数量也为多个，且呈阵列式排布。本专利技术还提供了一种柔性压力传感器，包括上述阵列式的柔性压力传感器中的任意一种，且作为基本单元，将所述柔性压力传感器进行多层的组装。本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本专利技术所述的液态金属薄膜电极的制造方法及柔性压力传感器，包括拱形结构的液态金属薄膜、均匀包封液态金属的Ecoflex薄膜、作为结构支撑的Ecoflex基底，其中拱形结构形状的保持可以由Ecoflex填充来实现。另外，基本单元空间尺寸大小、液体金属薄膜厚度、Ecoflex的薄膜厚度均可调控。且经过试验可以得到：所述压力传感器可以承受94％拉伸应变，而没有出现明显损坏；所述压力传感器在45％拉伸应变下对压力的响应与正常状态几乎相同，即不易受到拉伸对压力测量信号的干扰；免疫温度、湿度的干扰。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中图1是本专利技术第一液态金属弹性体复合电极的制造方法流程图；图2是本专利技术第一液态金属弹性体复合电极的具体制备过程；图3是本专利技术第二液态金属弹性体复合电极的制造方法流程图；图4是本专利技术第二液态金属弹性体复合电极的具体制备过程；图5a是本专利技术在压力传感器在没有受到外界压力时的状态示意图；图5b是本专利技术在压力传感器在受到外界压力时的状态示意图；图6是本专利技术压力传感器受到不断变化的压力时的电容增量变化曲线；图7是本专利技术压力传感器阵列中各单元机械与电学响应的示意图；图8a是本专利技术压力传感器阵列的不同状态的示意图；图8b是本专利技术顶层拱形电极在应变为不同时的拉伸状态示意图；图8c是本专利技术压力传感器在正常以及拉伸状态下的机械与电学性能；图8d是本专利技术压力传感器在多次拉伸后，初始电容值的变异系数的变化示意图；图9是本专利技术压力传感器阵列测量二维压力分布的应用示意图；图10是本专利技术压力传感器应用在颈部时压力变化的示意图。说明书附图标记说明：10-弹性体介电层，20-第一载体，30-导电胶带，40-液态金属电极，50-第二载体，51-微孔，61-第一液态金属弹性体复合电极，62-第二液态金属弹性体复合电极。具体实施方式实施例一如图1和图2和图5a和图5b所示，本实施例提供一种液态金属薄膜电极的制造方法，包括如下步骤：步骤S1:将弹性体介电层10的两种组分按照比例混合，经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液态金属薄膜电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤S1:将弹性体介电层的两种组分按照比例混合，经过搅拌并除去气泡后，滴加在经表面活性剂处理的第一载体上，并进行旋涂处理；/n步骤S2：对所述第一载体进行加热，在所述弹性体介电层未完全固化时粘贴导电胶带；/n步骤S3：将液体金属喷涂在所述弹性体介电层上，形成液态金属电极，且所述液态金属电极与所述导电胶带相连；/n步骤S4：在带有液态金属电极的弹性体介电层上加入定型体，形成第一液态金属弹性体复合电极，待固化后，将所述第一液态金属弹性体复合电极从所述第一载体上分离。/n

【技术特征摘要】
1.一种液态金属薄膜电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1:将弹性体介电层的两种组分按照比例混合，经过搅拌并除去气泡后，滴加在经表面活性剂处理的第一载体上，并进行旋涂处理；
步骤S2：对所述第一载体进行加热，在所述弹性体介电层未完全固化时粘贴导电胶带；
步骤S3：将液体金属喷涂在所述弹性体介电层上，形成液态金属电极，且所述液态金属电极与所述导电胶带相连；
步骤S4：在带有液态金属电极的弹性体介电层上加入定型体，形成第一液态金属弹性体复合电极，待固化后，将所述第一液态金属弹性体复合电极从所述第一载体上分离。


2.根据权利要求1所述的液态金属薄膜电极的制备方法，其特征在于：所述的弹性体介电层和定型体所使用的材料是硅橡胶。


3.一种液态金属薄膜电极的制备方法，其特征在于：在完成权利要求1或2所述的液态金属薄膜电极的制备方法的步骤后，还包括：
步骤step1：将第一液态金属弹性体复合电极置放在第二载体上，使所述第一液态金属弹性体复合电极中的弹性体介电层朝向所述第二载体，并将具有液态金属电极的条纹与所述第二载体的微孔对齐；
步骤step2：将所述第二载体及第一液态金属弹性体复合电极置放在真空环境中，先施加负压，然后增压，使所述第一液态金属弹性体复合电极向所述微孔内凹陷；
步骤step3：在所述凹陷内加入定型体，形成第二液态金属弹性体复合电极，待固化后，将所述第二液态金属弹性体复合电极从所述第二载体上分离。


4.根据权利要求3所述的液态金属薄膜电极的制备方法，其特征在于：所述第一液态金属弹性体复合电极向所述微孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘坚，张忆秋，聂宝清，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32