一种叉指电容、弯曲传感器及其制作方法技术

本发明专利技术属于传感器技术领域，提供一种叉指电容、弯曲传感器及其制作方法，主要包括电极层，所述电极层包括第一电极和第二电极；所述第一电极包括若干相互间隔设置的第一叉指部，相邻两所述第一叉指部之间预留有第一安装腔；所述第二电极包括若干相互间隔设置的第二叉指部，相邻两所述第二叉指部之间预留有第二安装腔；所述第一叉指部伸入设置在所述第二安装腔内、所述第二叉指部伸入设置在所述第一安装腔内以呈互补式设置并形成所述电极层，且所述第一电极与所述第二电极之间预留有安装间隙，所述电极层的截面呈波浪形。本发明专利技术主要为提供一种柔性可拉伸并且长期使用下稳定性好的可穿戴式传感器。穿戴式传感器。穿戴式传感器。

【技术实现步骤摘要】
一种叉指电容、弯曲传感器及其制作方法


[0001]本专利技术属于传感器
，具体涉及一种叉指电容、弯曲传感器及其制作方法。

技术介绍

[0002]现有的弯曲传感器主要包括两类，一类是基于光纤的弯曲传感器，这类传感器通过测量弯曲的光纤内部的光密度、相位、波长或极化来进行弯曲测量。基于光纤的弯曲传感器的构造包括发射光源的LED、可弯曲的外壳、内部的光纤以及探测光的性质的接收器等。另一类是基于电阻或者电容变化的柔性弯曲传感器，弯曲时此类传感器发生形变，导致电阻或电容变化，从而得到弯曲信息。
[0003]对于电容式传感器，通常以添加了纳米填充物的超弹性材料作为电极，通过两个电极间介质结构的调节，得到电极间距离易于改变的结构，从而在接收到外界变形时，得到弯曲信息。对于电阻式传感器，纳米填充物与超弹性材料的结合则作为可变电阻，在变形时，纳米填充物之间的接触面积发生变化，电阻改变，从而得到弯曲信息。对于基于光纤的弯曲传感器，由于其构造复杂，光源部分以及光接收部件为不可拉伸器件，因此其并不适用于可穿戴传感器的应用，应用范围受到较大的限制。
[0004]而对于纳米填充物与超弹性材料结合的柔性弯曲传感器而言，纳米填充物与超弹性材料之间存在界面问题。在变形的过程中，纳米填充物在超弹性材料中的移动会导致微裂纹的产生，这些微裂纹在长期的变形与回复后将影响传感器的稳定性。因此，基于纳米填充物与超弹性材料的弯曲传感器，其长期稳定性是一个严重问题。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术的目的是提供一种叉指电容、弯曲传感器及其制作方法，以提供一种柔性可拉伸并且长期使用下稳定性好的可穿戴式传感器。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种叉指电容，包括电极层，所述电极层包括第一电极和第二电极；
[0008]所述第一电极包括若干相互间隔设置的第一叉指部，相邻两所述第一叉指部之间预留有第一安装腔；所述第二电极包括若干相互间隔设置的第二叉指部，相邻两所述第二叉指部之间预留有第二安装腔；
[0009]所述第一叉指部伸入设置在所述第二安装腔内、所述第二叉指部伸入设置在所述第一安装腔内以呈互补式设置并形成所述电极层，且所述第一电极与所述第二电极之间预留有安装间隙，所述电极层的截面呈波浪形。
[0010]作为优选，所述第一电极、第二电极的截面呈波浪形，且所述第一电极、第二电极在互补式设置后的截面的波浪形相重叠。
[0011]作为优选，在所述电极层的两侧面上设置有薄膜塑料层。
[0012]作为优选，所述薄膜塑料层由Parylene C制成。
[0013]作为优选，在所述电极层的两侧面的外侧还设置有超弹性材料层。
[0014]作为优选，所述超弹性材料层由PDMS制成。
[0015]一种弯曲传感器，包括中性连接层，所述中性连接层包括相对平行设置的一组第一安装面，所述第一安装面上分别设置有以上所述的一种叉指电容。
[0016]作为优选，所述中性连接层还包括相对平行设置的一组第二安装面，所述第二安装面之间的垂线与所述第一安装面之间的垂线呈角度相交；
[0017]所述第二安装面上分别设置有所述叉指电容。
[0018]一种叉指电容的制备方法，适用于以上所述的一种叉指电容，包括以下步骤：
[0019]S10.对单个硅晶片进行湿氧化处理以形成二氧化硅层，在二氧化硅层上第一次旋涂光刻胶后，采用各向异性氧化物对二氧化硅层进行蚀刻以形成波浪结构模型，然后第二次喷涂光刻胶以在波浪结构模型表层形成牺牲层；
[0020]S20.在所述波浪结构模型的表面上第一次蒸镀塑料薄膜层以形成柔性基板，在形成的柔性基板上进行光刻胶的第三次喷涂后，对第三次喷涂后形成的光刻胶层进行图案化处理，并在图案化处理后溅射一层电极层，以在所述波浪结构模型的表面上获得所述第一电极、第二电极，然后再在形成的所述电极层的表面上第二次蒸镀所述塑料薄膜层；
[0021]S30.将第二次蒸镀的所述塑料薄膜层的表面活化为亲水表面，然后在活化后的表面上第一次填充超弹性材料以形成超弹性材料层；
[0022]S40.在所述牺牲层处将结构层与波浪结构模型进行分离，然后将第一次蒸镀的所述塑料薄膜层的表面活化为亲水表面，然后在活化后的表面上第二次填充超弹性材料以形成超弹性材料层；
[0023]S50.对步骤S40处理后的器件进行切割以获得叉指电容，并在切割后的所述叉指电容上旋涂一层防护层。
[0024]一种弯曲传感器的制作方法，包括以下步骤：
[0025]设置中性连接层，并将上述所制得的所述叉指电容成对地粘合设置在所述中心连接层的相对面上。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括有：
[0027]1.本方案中设计了一种基于波浪结构电极的弯曲传感器，其中波浪结构的电极作为叉指电容的电极，拉伸时，叉指电极之间的角度会发生改变，导致正负电极间的正对面积和距离发生变化，从而引起电容的变化。当位于中性连接层两侧的两个叉指电容出现变化时，说明弯曲的发生，其电容变化的差值即可用来定量描述弯曲的大小。
[0028]2.本方案中对应电极层设置有塑料薄膜层和超弹性材料层，将电极层设置在两层塑料薄膜层中间，可以有效保护第一电极、第二电极在拉伸的过程中不会被破坏；而将设置有塑料薄膜层的电极层设置在两层超弹性材料层中间，实现将超弹性材料层作为外封装层，用可拉伸的波浪结构电极代替了纳米填充物与超弹性材料的混合物，避免了传统技术上无法拉伸弯曲及使用稳定性降低的问题，同时实现了柔性可拉伸的可穿戴式传感器的制作。
[0029]3.在制备方案上，用基于硅片的微加工工艺得到波浪结构模型，并图形化形成三维式叉指电容，实现了弯曲传感器的批量生产流程。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本专利技术叉指电容的结构示意图。
[0032]图2为本专利技术弯曲传感器其一实例下的结构示意图。
[0033]图3为本专利技术弯曲传感器另一实例下的结构示意图。
[0034]图4为本专利技术叉指电容的制备流程示意图。
[0035]其中：
[0036]1‑
叉指电容，11
‑
电极层，111
‑
第一电极，1111
‑
第一叉指部，112
‑
第二电极，1121
‑
第二叉指部，113
‑
安装间隙，12
‑
塑料薄膜层，13
‑
超弹性材料层；
[0037]2‑
弯曲传感器，21
‑
中性连接层；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叉指电容，其特征在于，包括电极层，所述电极层包括第一电极和第二电极；所述第一电极包括若干相互间隔设置的第一叉指部，相邻两所述第一叉指部之间预留有第一安装腔；所述第二电极包括若干相互间隔设置的第二叉指部，相邻两所述第二叉指部之间预留有第二安装腔；所述第一叉指部伸入设置在所述第二安装腔内、所述第二叉指部伸入设置在所述第一安装腔内以呈互补式设置并形成所述电极层，且所述第一电极与所述第二电极之间预留有安装间隙，所述电极层的截面呈波浪形。2.根据权利要求1所述的一种叉指电容，其特征在于，所述第一电极、第二电极的截面呈波浪形，且所述第一电极、第二电极在互补式设置后的截面的波浪形相重叠。3.根据权利要求1或2所述的一种叉指电容，其特征在于，在所述电极层的两侧面上设置有薄膜塑料层。4.根据权利要求3所述的一种叉指电容，其特征在于，所述薄膜塑料层由Parylene C制成。5.根据权利要求1或4所述的一种叉指电容，其特征在于，在所述电极层的两侧面的外侧还设置有超弹性材料层。6.根据权利要求5所述的一种叉指电容，其特征在于，所述超弹性材料层由PDMS制成。7.一种弯曲传感器，其特征在于，包括中性连接层，所述中性连接层包括相对平行设置的一组第一安装面，所述第一安装面上分别设置有上述权利要求1
‑
6任一项中所述的一种叉指电容。8.根据权利要求7所述的一种弯曲传感器，其特征在于，所述中性连接层还包括相对平行设置的一组第二安装面，所述第二安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：于宏宇，于思琪，
申请(专利权)人：广州市香港科大霍英东研究院，
类型：发明
国别省市：