柔性压力传感器及其制作方法技术

提供了一种柔性压力传感器及其制作方法。该柔性压力传感器包括：柔性电极；复合物电介质薄膜，设置于柔性电极上；高介电常数胶粘层，涂布于复合物电介质薄膜上；泡沫多孔电极，覆盖于高介电常数胶粘层上。本发明专利技术采用高介电常数的复合物薄膜为介电层，能够显著提升柔性压力传感器的电容变化量，从而提升柔性压力传感器的灵敏度；同时电容量的增大减小了寄生电容和电磁干扰对柔性压力传感器工作稳定性的影响，提高了抗干扰能力。提高了抗干扰能力。提高了抗干扰能力。

【技术实现步骤摘要】
柔性压力传感器及其制作方法


[0001]本专利技术属于传感器
，具体地讲，涉及一种柔性压力传感器及其制作方法。

技术介绍

[0002]柔性压力传感器(FPS)具有易弯折，延展性高，重量轻和耐用的优点，相较于传统的压力传感器，它能较为容易得实现对曲面物体的压力检测，尤其适合于对于人体表面分布压力的测量，因而被广泛应用于机器人电子皮肤，人体健康检测和人机交互等领域。压力传感器按其测量信号类别可以分为压阻式、电容式和压电式压力传感器，其中电容式压力传感器具有低功耗，高精度和动态响应好的特点，适合应用于移动电子设备和一些精度要求较高的场合。
[0003]然而，现有的柔性电容式压力传感器灵敏度较低，检测范围小，容易受到电磁干扰和寄生电容的影响，因此如何提升该类传感器的灵敏度是亟需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术存在的技术问题，根据本专利技术的实施例提供了一种高灵敏度、高干扰能力的柔性压力传感器及其制作方法。
[0005]根据本专利技术的实施例的一方面提供的一种柔性压力传感器，其包括：柔性电极；复合物电介质薄膜，设置于所述柔性电极上；高介电常数胶粘层，涂布于所述复合物电介质薄膜上；泡沫多孔电极，覆盖于所述高介电常数胶粘层上。
[0006]在上述一方面提供的柔性压力传感器的一个示例中，所述复合物电介质薄膜由聚合物主体材料和增强相材料形成，其中，所述增强相材料的填充质量分数为1％至10％。
[0007]在上述一方面提供的柔性压力传感器的一个示例中，所述泡沫多孔电极的材料为气凝胶导电材料，所述气凝胶导电材料的孔隙率为0.1％至2％；或者，所述泡沫多孔电极的材料为高分子泡沫骨架为主体的导电材料，所述高分子泡沫骨架为主体的导电材料的孔隙率为2％至20％。
[0008]在上述一方面提供的柔性压力传感器的一个示例中，所述高介电常数胶粘层的介电常数大于100。
[0009]根据本专利技术的实施例的另一方面提供的一种柔性压力传感器的制作方法，其包括：将已制作形成的复合物电介质薄膜固定在柔性电极上；将已制作形成的高介电常数胶粘层涂布在所述复合物电介质薄膜上；将已制作形成的泡沫多孔电极覆盖在所述高介电常数胶粘层上。
[0010]在上述另一方面提供的柔性压力传感器的制作方法的一个示例中，制作形成所述复合物电介质薄膜的方法包括：选用适当的纳米功能材料依序进行表面修饰和纯化以得到增强相材料；将所述增强相材料与选用的聚合物主体材料配制成溶液，通过溶液铸膜的方式得到所述复合物电介质薄膜。
[0011]在上述另一方面提供的柔性压力传感器的制作方法的一个示例中，对所述纳米功
能材料进行表面修饰的方法包括原位聚合、重氮化、表面分子接枝和添加稳定剂；对经表面修饰的纳米功能材料进行纯化的方法包括对经表面修饰的纳米功能材料采用离心和低温冻干的方式进行分离纯化，以得到所述增强相材料。
[0012]在上述另一方面提供的柔性压力传感器的制作方法的一个示例中，所述将所述增强相材料与选用的聚合物主体材料配制成溶液，通过溶液铸膜的方式得到所述复合物电介质薄膜的方法包括：在所述增强相材料中加入溶剂以配制成分散液，并对所述分散液进行超声处理；将选用的聚合物主体材料加入超声后的分散液中，搅拌溶解后，加入成膜助剂，通过自动涂膜机对加入成膜助剂的分散液进行涂布；对涂布后的分散液依序进行加热处理和干燥处理，以得到所述复合物电介质薄膜。
[0013]在上述另一方面提供的柔性压力传感器的制作方法的一个示例中，制作形成所述泡沫多孔电极的方法包括：采用胶体溶液冻干的方法制作形成为气凝胶导电材料的所述泡沫多孔电极，或者对选用的高分子泡沫骨架为主体的导电材料进行粗化或亲水表面处理，并采用无电沉积或溶液浸渍的方法制作形成所述泡沫多孔电极。
[0014]在上述另一方面提供的柔性压力传感器的制作方法的一个示例中，所述高介电常数胶粘层的介电常数大于100。
[0015]有益效果：本专利技术采用高介电常数的复合物薄膜为介电层，能够显著提升柔性压力传感器的电容变化量，从而提升柔性压力传感器的灵敏度；同时电容量的增大减小了寄生电容和电磁干扰对柔性压力传感器工作稳定性的影响，有助于减少ADC电路等的设计成本。此外，本专利技术还采用三维多孔泡沫电极作为电容传感器的对电极，能够使得传感器的极板间距变化作用于多孔电极上，在低压下多孔电极接触电介质的分叉结构易于变形，使得低压灵敏度显著提升，而且在中高压下由于多孔电极形成电容的极板间距持续减小，介电层超高的介电常数使得传感器仍然有较大的电容变化量，能够实现宽压力范围的检测。
附图说明
[0016]通过结合附图进行的以下描述，本专利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：
[0017]图1是根据本专利技术的实施例的柔性压力传感器的结构示意图；
[0018]图2是根据本专利技术的实施例的柔性压力传感器的制作方法的流程图；
[0019]图3示出了采用纯TPU和MXene/TPU复合物材料作为电介质层的柔性压力传感器的性能对比图；
[0020]图4为使用根据本专利技术的实施例的柔性压力传感器测量人体脉搏压力得到的脉搏波信号图。
具体实施方式
[0021]以下，将参照附图来详细描述本专利技术的具体实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本专利技术，并且本专利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专利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专利技术的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
[0022]如本文中使用的，术语“包括”及其变型表示开放的术语，含义是“包括但不限于”。
术语“基于”、“根据”等表示“至少部分地基于”、“至少部分地根据”。术语“一个实施例”和“一实施例”表示“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”表示“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下面可以包括其他的定义，无论是明确的还是隐含的。除非上下文中明确地指明，否则一个术语的定义在整个说明书中是一致的。
[0023]为解决上述
技术介绍
中提出的技术问题，根据本专利技术的实施例提供了一种柔性压力传感器及其制作方法。该柔性压力传感器采用导电的泡沫多孔电极作为压敏层，结合高介电常数的复合物电介质薄膜来提升该柔性压力传感器的检测区间和灵敏度。此外，高介电常数的复合物电介质薄膜能显著增大电容变化量，同时泡沫多孔电极使得该柔性压力传感器在受压力条件下的电极位移更为显著，从而实现了宽压力范围内高灵敏度的压力传感性能，提升了该柔性压力传感器的抗干扰能力。
[0024]图1是根据本专利技术的实施例的柔性压力传感器的结构示意图。
[0025]参照图1，根据本专利技术的实施例的柔性压力传感器为电容式柔性压力传感器，其包括：柔性电极110、复合物电介质薄膜120、高介电常数胶粘层130、泡沫多孔电极140。
[0026]具体地，柔性电极110可以包括柔性衬底以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性压力传感器，其特征在于，包括：柔性电极；复合物电介质薄膜，设置于所述柔性电极上；高介电常数胶粘层，涂布于所述复合物电介质薄膜上；泡沫多孔电极，覆盖于所述高介电常数胶粘层上。2.根据权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述复合物电介质薄膜由聚合物主体材料和增强相材料形成，其中，所述增强相材料的填充质量分数为1％至10％。3.根据权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述泡沫多孔电极的材料为气凝胶导电材料，所述气凝胶导电材料的孔隙率为0.1％至2％；或者，所述泡沫多孔电极的材料为高分子泡沫骨架为主体的导电材料，所述高分子泡沫骨架为主体的导电材料的孔隙率为2％至20％。4.根据权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述高介电常数胶粘层的介电常数大于100。5.一种柔性压力传感器的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：将已制作形成的复合物电介质薄膜固定在柔性电极上；将已制作形成的高介电常数胶粘层涂布在所述复合物电介质薄膜上；将已制作形成的泡沫多孔电极覆盖在所述高介电常数胶粘层上。6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，制作形成所述复合物电介质薄膜的方法包括：选用适当的纳米功能材料依序进行表面修饰和纯化以得到增强相材料；将所述增强相材料与选用的聚合物主体材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙，潘革波，张少辉，聂立璠，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：