一种电阻式压力传感器的制备方法及电阻式压力传感器技术

本发明专利技术涉及传感器技术领域，本发明专利技术公开了一种电阻式压力传感器的制备方法及电阻式压力传感器。该电阻式压力传感器的制备方法包括：通过在表面具有互为平行的多个凹槽通道的柔性基底中的每个凹槽通道中倒入导电纳米粒子，从而使得每个凹槽通道形成导电通道；可以通过制备出两个上述具有多个导电通道的结构，并将两个结构层叠，使两个结构的导电通道相对且存在两个结构的导电通道存在预设夹角，从而可以形成网格结构。该方法制备出的压力传感器不仅能够实现对压力大小的检测，还能够实现对压力位置的检测。压力位置的检测。压力位置的检测。

【技术实现步骤摘要】
一种电阻式压力传感器的制备方法及电阻式压力传感器


[0001]本专利技术涉及传感器
，特别涉及一种电阻式压力传感器的制备方法及电阻式压力传感器。

技术介绍

[0002]压力传感器可以将外界的压力信号转换成其他便于检测的物理信号，以测试绝对压力值或压力变化。随着科技的发展和人类需求的提高，传统压力传感器缺点越来越明显，如器件体积较大，不能承受较大的形变等。柔性电子设备因其可穿戴，重量轻，高灵活性等特点，得到了广泛的关注和研究，在触觉感知、指纹识别、医疗监护、人机界面、安全生产、物联网等领域有着广泛的应用前景。近年来随着柔性基质材料的发展，柔性压力传感器的巨大潜力受到越来越大的关注，当前柔性压力传感器主要基于包括电容式、电阻式、压电式、摩擦电型、栅压式等工作机制。制备柔性压力传感器的关键就是将导电材料柔性化,通过测量在各种变形下电容、电阻、或者电流的变化，实现对应变的测量。以电阻式柔性压力传感器为例，电阻型压力传感器一般由衬底和导电材料组成，具有传感机理、结构、制备流程简单，能量消耗小等特点。具体传感的原理是：在压力下，(1)材料结构变化；(2)材料能带结构变化；(3)导电区域接触电阻变化，这些材料和结构在压力下的变化导致电阻变化，从而实现压力的测量。
[0003]柔性微纳应变传感器的实现主要是将纳米导电材料与可拉伸衬底结合形成复合材料。纳米导电材料,比如金属材料、碳材料、导电聚合物等,通常具有很高的导电率和大的比表面积,但本征多为刚性，拉伸性较差。聚合物基底材料具有良好的可拉伸性，但通常不具有导电性,如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(PU)等。所以，将两者结合形成复合材料，可以实现对外界压力变化的检测传感。然而，现有技术中的柔性压力传感器如果要实现对压力的施力点在空间上的分布检测，可以采用以下两种方案：一种是基于导电网格来实现，但该种方式具有分辨率低，粗糙度大的缺点；另一种是采用微纳米加工技术，但该种方式需要利用高精度设备，以及复杂的结构设计，具有成型工艺复杂和成本高的缺点。因此，实现工艺简单且压力监测精度高的压力传感器仍有待研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的是上述现有技术中制备高精度压力传感器的工艺复杂的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本申请于一方面公开了一种电阻式压力传感器的制备方法，其包括以下步骤:
[0006]提供一表面具有第一凹槽阵列的柔性基底；该第一凹槽阵列包括多个第一凹槽通道；且该多个第一凹槽通道的延伸方向相同；该多个第一凹槽通道中的相邻的第一凹槽通道之间存在第一预设距离；
[0007]向每个该第一凹槽通道中导入多个导电纳米粒子，得到第一结构；每个该第一凹
槽通道中的多个导电纳米粒子能够接触形成第一导电通道；
[0008]提供一表面具有第二凹槽阵列的柔性基底；该第二凹槽阵列包括多个第二凹槽通道；且该多个第二凹槽通道的延伸方向相同；该多个第二凹槽通道中的相邻的第二凹槽通道之间存在第二预设距离；
[0009]向每个该第二凹槽通道中导入多个导电纳米粒子，得到第二结构；每个该第二凹槽通道中的多个导电纳米粒子能够接触形成第二导电通道；将该第二结构的第一侧覆盖在该第一结构的第二侧，得到压力传感器；该第一侧和该第二侧为具有导电通道的一侧，且该第一结构的第一导电通道与该第二结构的第二导电通道存在预设夹角；该预设夹角大于零且小于180度。
[0010]可选的，该多个导电纳米粒子中的每个导电纳米粒子的顶部与对应的第一凹槽通道的顶部存在第二预设距离；
[0011]该第二预设距离大于等于零，且小于等于对应的第一凹槽通道高度的一半。
[0012]可选的，该将该第二结构的第一侧覆盖在该第一结构的第二侧，得到压力传感器，包括：
[0013]将该第二结构的第一侧覆盖在该第一结构的第二侧；
[0014]将该第一结构中的每个第一导电通道的一端与第一电流检测装置连接；
[0015]将该第二结构中的每个第二导电通道的一端与第二电流检测装置连接，得到该压力传感器；
[0016]该第一结构对应的各个第一电流检测装置与第二结构对应的各个第二电流检测装置与控制单元连接；
[0017]当外力施加在该压力传感器上时，该控制单元能够接收对应的第一电流检测装置和第二电流检测装置的电流信息；基于该第一电流检测装置和第二电流检测装置的电流信息确定对应的第一导电通道的位置和第二导电通道的位置；进而基于第一导电通道的位置和该第二导电通道的位置确定外力施加在该压力传感器的位置。
[0018]可选的，随着外力施加在该压力传感器的力的增大，对应的纳米粒子之间的接触面逐渐增大，该控制单元检测到的对应回路的电流逐渐增加。
[0019]可选的，该提供一表面具有第一凹槽阵列的柔性基底，包括：
[0020]提供一表面具有第三凹槽阵列的硅衬底；
[0021]利用倒模工艺制备得到该表面具有第一凹槽阵列的柔性基底。
[0022]可选的，该提供一表面具有第三凹槽阵列的硅衬底，包括：
[0023]提供一硅衬底；
[0024]在该硅衬底的第一表面旋涂光刻胶；
[0025]利用光刻技术或者纳米压印工艺对该光刻胶进行图形化处理；得到图形化结构；该图形化结构的第一表面具有多个互为平行的条状光刻胶结构；
[0026]对该图形化结构进行刻蚀和光刻胶剥离处理，得到该表面具有第三凹槽阵列的硅衬底。
[0027]可选的，该第三凹槽阵列包括多个第三凹槽通道；该多个第三凹槽通道中的相邻的第三凹槽通道之间存在第三预设距离；且所有第三凹槽通道的延伸方向相同；
[0028]每个该第三凹槽通道的横截面积的形状包括弧形、矩形和三角形；
[0029]相邻的该第三凹槽通道的连接区域的横截面积的形状包括弧形、矩形和三角形。
[0030]可选的，该向每个该第一凹槽通道中导入多个导电纳米粒子，得到第一结构，包括：
[0031]将多个导电纳米粒子分布于溶剂中，得到纳米粒子溶液；
[0032]向每个该第一凹槽通道中倒入该纳米粒子溶液；
[0033]针对每个该第一凹槽通道，检测该第一凹槽通道的导电性，得到导电结果；
[0034]若该第一凹槽通道的检测结果为不导电，重复上述倒入纳米粒子溶液的步骤，直至检测结果为导电；
[0035]当该柔性基底上的每个第一凹槽通道对应的检测结果均为导电时，将该柔性基底确定为该第一结构。
[0036]可选的，该刻蚀方法包括各向异性湿法硅刻蚀；
[0037]该刻蚀的溶液包括3％～50％的氢氧化钾水溶液。
[0038]本申请于另一方面还公开了一种电阻式压力传感器，该电阻式压力传感器为基于上述的电阻式压力传感器的制备方法制成的。
[0039]采用上述技术方案，本申请提供的电阻式压力传感器的制备方法具有如下有益效果：
[0040]该电阻式压力传感器的制备方法包括以下步骤：可以通过在表面具有互为平行的多个凹槽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电阻式压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:提供一表面具有第一凹槽阵列的柔性基底(1)；所述第一凹槽阵列(101)包括多个第一凹槽通道(102)；且所述多个第一凹槽通道(102)的延伸方向相同；所述多个第一凹槽通道(102)中的相邻的第一凹槽通道(102)之间存在第一预设距离；向每个所述第一凹槽通道(102)中导入多个导电纳米粒子(2)，得到第一结构(3)；每个所述第一凹槽通道(102)中的多个导电纳米粒子(2)能够接触形成第一导电通道；提供一表面具有第二凹槽阵列的柔性基底；所述第二凹槽阵列包括多个第二凹槽通道；且所述多个第二凹槽通道的延伸方向相同；所述多个第二凹槽通道中的相邻的第二凹槽通道之间存在第二预设距离；向每个所述第二凹槽通道中导入多个导电纳米粒子(2)，得到第二结构(4)；每个所述第二凹槽通道中的多个导电纳米粒子(2)能够接触形成第二导电通道；将所述第二结构(4)的第一侧覆盖在所述第一结构(3)的第二侧，得到压力传感器；所述第一侧和所述第二侧为具有导电通道的一侧，且所述第一结构(3)的第一导电通道与所述第二结构(4)的第二导电通道存在预设夹角；所述预设夹角大于零且小于180度。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多个导电纳米粒子(2)中的每个导电纳米粒子(2)的顶部与对应的第一凹槽通道(102)的顶部存在第二预设距离；所述第二预设距离大于等于零，且小于等于对应的第一凹槽通道(102)高度的一半。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将所述第二结构(4)的第一侧覆盖在所述第一结构(3)的第二侧，得到压力传感器，包括：将所述第二结构(4)的第一侧覆盖在所述第一结构(3)的第二侧；将所述第一结构(3)中的每个第一导电通道的一端与第一电流检测装置连接；将所述第二结构(4)中的每个第二导电通道的一端与第二电流检测装置连接，得到所述压力传感器；所述第一结构(3)对应的各个第一电流检测装置与第二结构(4)对应的各个第二电流检测装置与控制单元连接；当外力施加在所述压力传感器上时，所述控制单元能够接收对应的第一电流检测装置和第二电流检测装置的电流信息；基于所述第一电流检测装置和第二电流检测装置的电流信息确定对应的第一导电通道的位置和第二导电通道的位置；进而基于第一导电通道的位置和所述第二导电通道的位置确定外力施加...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓诗凯，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：