一种柔性电容式压力传感器的制备方法及其传感器技术

本发明专利技术公开了一种柔性电容式压力传感器的制备方法及传感器，制备方法包括以下步骤：制备介电层，介电层上下表面具有多孔半球体阵列微结构，半球体阵列使用模具实现，多孔结构通过溶解NaCl实现；采用丝网印刷工艺制备电极层，使用PI胶带封装传感器。传感器包括上封装层、上电极层、介电层、下电极层以及下封装层。传感器制作工艺简单，成本较低，可大规模生产。相较于无微结构的介电层，其弹性性能得到了极大提升，同时其介电常数得到增大，提高了传感器的灵敏度，改善了传感器性能参数，实现了对压力的准确感知。压力的准确感知。压力的准确感知。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性电容式压力传感器的制备方法及其传感器


[0001]本专利技术涉及柔性传感器
，具体涉及一种柔性电容式压力传感器的制备方法及其传感器。

技术介绍

[0002]近年来，由各种可穿戴柔性压力传感器所组成的电子产品因其在便携式人体运动检测和假肢手等方面的潜在应用而受到广泛关注,其适应于各种复杂的情况且具有体积小、重量轻、易于携带等特点，使柔性压力传感器近年来得到了迅速发展。根据能量和信号转换机理，柔性压力传感器主要可分为三类：电阻式、压电式、电容式。其中柔性电容式传感器由于结构简单、驱动电压小、工作稳定和动态响应好而受到人们的广泛关注。
[0003]灵敏度作为柔性电容式压力传感器的一个重要的性能指标，其对传感器性能有着重要的影响。如何提高柔性电容式压力传感器的灵敏度是当前的一个研究热点。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出了一种柔性电容式压力传感器的制备方法及其传感器，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
[0005]为了实现上述目的1，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种柔性电容式压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、制备介电层；
[0008]选用SR、固化剂、CB以及NaCl作为介电层的制作材料，利用3D打印机打印两个具有半球槽阵列微结构的模具，将SR、CB、NaCl以及固化剂按照质量比为50：25：1：1混合搅拌，放入真空箱中抽取混合溶液中的气泡；将混合溶液分别旋涂在模具上具有微结构的一面，将两个模具有微结构的一面贴合在一起，并在其上方放置面积略大于模具的1kg重物，使两个模具贴合紧密，将模具放置于烤箱中加热固化，最后将模具放置于超声波清洗机中分离模具和介电层以及溶解NaCl，得到多孔双面微结构介电层；
[0009]S2、制备电极层；
[0010]以PET和导电银胶分别作为柔性基底材料和导电材料，使用丝网印刷法制作上电极层和下电极层，将电极层放置于烤箱中加热固化；
[0011]S3、封装传感器；
[0012]按照上电极层、介电层、下电极层的顺序组装传感器，使用PI胶带将传感器封装。
[0013]进一步地，所述介电层的微结构为半球体阵列，所述半球体直径为1.5mm，相邻的两个半球体之间间隔为1.5mm。
[0014]进一步地，将混合溶液倾倒在模具上，设置旋涂速度为600r/min，旋涂时间为40s；烤箱中加热温度为50℃，加热时间为4h；在超声波清洗机中的时间为24h。
[0015]进一步地，电极层的加热温度为70℃，加热时间为20min。
[0016]为了实现上述目的2，本专利技术采用如下技术方案：
[0017]一种采用上述的制备方法制备的传感器，包括上封装层、上电极层、介电层、下电极层以及下封装层，所述介电层上下表面均具有微结构，所述微结构为半球体阵列且具有多孔。
[0018]进一步地，当传感器受到压力时，极板间距改变，传感器电容改变，实现对压力的感知，其电容表达式为：
[0019][0020]其中，ε0为真空介电常数，ε
r
为介电层的相对介电常数，A为上下电极层的正对面积，d为上下电极层的间距。
[0021]本专利技术具有如下有益效果：
[0022]本专利技术提出的一种柔性电容式压力传感器，其电极层采用丝网印刷的方法制备，工艺简单，成本较低，导电材料于柔性基底材料表面的附着性强；其介电层具有柔性、低模量、低成本等特点。介电层上下表面具有半球体微结构、内部具有多孔微结构、掺杂高介电常数物质。相较于无微结构的介电层，其弹性性能得到了极大提升，同时其介电常数得到增大，提高了传感器的灵敏度，改善了传感器性能参数，实现了对压力的准确感知。
附图说明
[0023]图1为本专利技术中传感器介电层的制作流程图；
[0024]图2为本专利技术中具有半球形槽阵列微结构的模具剖视图；
[0025]图3为本专利技术中孔双面微结构介电层示意图；
[0026]图4为本专利技术中柔性电容式压力传感器的剖视图；
[0027]其中，1
‑
上封装层；2
‑
上电极层；3
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介电层；4
‑
下电极层；5
‑
下封装层；
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例对本专利技术的具体实施方式做进一步说明：
[0029]实施例1
[0030]一种柔性电容式压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0031]S1、制备介电层，如图1所示；
[0032]选用硅橡胶(SR)及其固化剂、碳黑(CB)、食盐(NaCl)作为介电层的制作材料，利用3D打印机打印具有半球槽阵列微结构的模具，如图2所示；将SR、CB、NaCl、固化剂按照质量比为50:25:1:1混合搅拌，放入真空箱中抽取混合溶液中的气泡，抽取时间为10min；将混合溶液分别旋涂在两个微结构模具上，其中旋涂速度为600r/min，时间为40s；将两个微结构模具含有混合溶液的一面贴合在一起，并在模具上方放置面积略大于其的1kg重物，使得两个微结构模具贴合的更加紧密，将模具放置于烤箱中加热固化，其中加热温度为50℃，加热时间为4h；最后将模具放置于超声波清洗机中分离模具和介电层以及溶解NaCl，得到多孔双面微结构介电层，如图3所示，其中超声时间为24h；
[0033]S2、制备电极层；
[0034]以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和导电银胶分别作为柔性基底材料和导电材料，使用丝网印刷法制作电极层，将电极层放置于烤箱中加热固化，其中加热温度为70℃，加热
时间为20min；
[0035]S3、封装传感器；
[0036]裁剪介电层的尺寸为1cm
×
1cm，封装层尺寸为2cm
×
2cm。按照上封装层、上电极层、介电层、下电极层、下封装层的顺序完成传感器的制备。
[0037]实施例2
[0038]S1、制备介电层；
[0039]选用硅橡胶(SR)及其固化剂、碳黑(CB)、食盐(NaCl)作为介电层的制作材料，利用3D打印机打印具有半球槽阵列微结构的模具；将SR、CB、NaCl、固化剂按照质量比为50:25:1:1混合搅拌，放入真空箱中抽取混合溶液中的气泡，抽取时间为10min；将混合溶液分别旋涂在两个微结构模具上，其中旋涂速度为600r/min，时间为40s；将两个微结构模具含有混合溶液的一面贴合在一起，并在模具上方放置面积略大于其的1kg重物，使得两个微结构模具贴合的更加紧密，将模具放置于烤箱中加热固化，其中加热温度为50℃，加热时间为4h；最后将模具放置于超声波清洗机中分离模具和介电层以及溶解NaCl，得到多孔双面微结构介电层，其中超声时间为24h；
[0040]S2、制备电极层；
[0041]以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和导电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性电容式压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备介电层；选用SR、固化剂、CB以及NaCl作为介电层的制作材料，利用3D打印机打印两个具有半球槽阵列微结构的模具，将SR、CB、NaCl以及固化剂按照质量比为50：25：1：1混合搅拌，放入真空箱中抽取混合溶液中的气泡；将混合溶液分别旋涂在模具上具有微结构的一面，将两个模具有微结构的一面贴合在一起，并在其上方放置面积略大于模具的1kg重物，使两个模具贴合紧密，将模具放置于烤箱中加热固化，最后将模具放置于超声波清洗机中分离模具和介电层以及溶解NaCl，得到多孔双面微结构介电层；S2、制备电极层；以PET和导电银胶分别作为柔性基底材料和导电材料，使用丝网印刷法制作上电极层和下电极层，将电极层放置于烤箱中加热固化；S3、封装传感器；按照上电极层、介电层、下电极层的顺序组装传感器，使用PI胶带将传感器封装。2.根据权利要求1所述的一种柔性电容式压力传感器的制备方法，其特征在于，所述介电层的微结构为半球体阵列，所述半球体直径为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张坤，张鹏，黄梁松，李玉霞，张建，王硕，王新龙，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：