【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及柔性电子，具体涉及一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器、制备方法。
技术介绍
1、目前，柔性压力传感器主要由传感材料和柔性弹性体组成，传感材料的传感方式主要有电阻式、电容式、摩擦电式以及压电式。电阻式传感器的传感材料主要为导电金属、无机非金属碳材料或者导电高分子材料，这类材料在传感过程中除了受到应力作用导致电阻值变化以外，温度的变化也容易改变电阻值，从而影响检测结果。摩擦电主要由具有不同电负性的两种材料通过接触分离产生游离电子来进行信号输出，这就导致其存在仅能通过不断地相对运动来进行检测的缺陷，而压电材料的信号来源于外界应力作用于传感器上产生的瞬时脉冲，这也使得其存在与摩擦电同样的缺陷。另外，摩擦电和压电两种检测方式极易受到空气湿度的影响。电容式传感器有效规避了上述传感器所存在的缺陷，不仅不受环境温湿度的影响，而且可以连续监测动态负载，但传统电容式柔性传感器由于其传感结构的限制，使得其检测灵敏度较低。
技术实现思路
1、为了克服现有柔性电容式传感器灵敏度较低的缺点，本技术方案提供基于千层结构的电容式柔性压力传感器，该传感器不仅不受环境温度和湿度的影响，而且对于动态负载也有较为灵敏的感应特性。
2、为了实现上述目的本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤1，将0.5108g 4，4’-二氨基二苯醚溶解在7.6ml n，n’-二甲基乙酰胺中，再加与4，
5、步骤2，将氨水滴入四氯化钛溶液，调节溶液ph值至7.8～8.2，得到二氧化钛凝胶，再将二氧化钛凝胶溶于草酸溶液，接着向溶液中加入碳酸钙、硝酸铜以及丙酮，得到蓝色前驱体，然后，煅烧蓝色前驱体得到钛酸铜钙(ccto)纳米颗粒；
6、步骤3，将ccto掺入聚二甲基硅氧烷后，均匀包覆纳米纤维薄膜并进行固化，固化后的基体浸泡于n，n’-二甲基乙酰胺溶液中，得到千层结构的可压缩弹性体，在弹性体上下表面沉积电极并接入导线制成柔性压力传感器。
7、上述方案中，所述步骤1中的均苯四甲酸二酐需分四次加入。
8、上述方案中，所述步骤1中的高压电源电压为16kv，电纺流速为0.2ml/h，针头收集装置距离为16cm，电纺过程需控制环境湿度低于50％；
9、上述方案中，所述步骤2中化学反应均需在通风橱中进行。
10、上述方案中，所述步骤2中煅烧温度为750℃，以达到其晶相转变温度，形成钛酸铜钙多晶体。
11、上述方案中，所述步骤3中纳米纤维薄膜尺寸为1*1*0.1mm3尺寸，以满足作为柔性可穿戴电子器件的尺寸需求。。
12、上述方案中，所述步骤3中n，n’-二甲基乙酰胺溶液温度应为60℃～80℃，该温度区间能加快蚀刻纳米纤维薄膜。
13、上述方案中，步骤1中搅拌时长为4h。
14、上述方案中，步骤2中调节溶液ph值至8。
15、本专利技术还提供了通过所述的一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器的制备方法得到的一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器。
16、因为本专利技术采用上述技术手段，因此具备以下有益效果：
17、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
18、一、本专利技术的制备方法设计简洁、结构巧妙、工艺简单，利用化学方法合成介电常数104以上的ccto纳米颗粒，并通过静电纺丝技术得到多层纳米纤维堆叠形成的聚酰胺酸薄膜，以混合ccto纳米颗粒的柔性弹性体为基体，以纳米纤维薄膜为牺牲层，蚀刻掉多层堆叠形成的聚酰胺酸薄膜后，原先占据柔性弹性体的纤维膜位置形成层状空隙，得到具有千层结构的柔性压力传感器，又由于具有巨介电常数的ccto纳米颗粒的成果引入，进一步提升了弹性基体整体的介电常数，解决了传统电容式传感器灵敏度低下的技术问题，实现了电容式传感器在可穿戴电子设备对细微形变的精细感知。制备所需原料来源丰富、制备快速，易于工业放大；
19、二、本专利技术的技术方案填补了国内外业内技术空白：当前，柔性压力传感器的传感方式为电阻式、电容式、压电式以及摩擦电式压力传感器，但电阻式传感器因受其传感材料导电特性的影响，检测结果受温度影响较大；而压电式和摩擦电式压力传感器无法检测动态负载且容易受到环境湿度的影响，而电容式传感器因其传感结构的限制，导致灵敏度较低。本专利技术将具有高介电常数的ccto纳米颗粒引入pdms基体，以多层结构的纳米纤维薄膜为牺牲层，通过蚀刻纳米纤维薄膜原位形成层状空隙，根据电容公式：c＝ε0εrs/4πkd，电容式传感器的输出信号电容值仅与传感材料的相对介电常数εr和上下面电极的面积s和间距d相关，温湿度无法影响检测结果，这就使得该柔性压力传感器不仅具有较高的灵敏度，同时不受环境温度和湿度影响，具备检测动态负载的能力，促进了薄膜传感技术的发展。
20、三，本专利技术的技术方案克服了技术偏见：长久以来，柔性应变传感器难以兼顾高灵敏度、高线性度、不受温湿度影响等技术要求，例如：尽管电阻式压力传感器具有较高的灵敏度，但受限于其导电材料所限，传感过程中导电材料易受到温度影响；基于摩擦电和压电的传感器，湿度环境对其信号值则有着决定性的影响；而电容式传感器由于传感结构的限制，其灵敏度和线性度一直较低。本方案通过设计一种基于千层结构的柔性压力传感器，并在传感材料中引入巨介电常数的ccto纳米颗粒，在材料本征特性和传感结构上解决了灵敏度低及线性度较差的问题，同时电容式传感的方式不受环境温度及湿度的影响。
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1.一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的均苯四甲酸二酐需分四次加入。
3.根据权利要求1所述的一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的高压电源电压为16KV，电纺流速为0.2mL/h，针头收集装置距离为16cm，电纺过程需控制环境湿度低于50％。
4.根据权利要求1所述的一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤2中化学反应均需在通风橱中进行。
5.根据权利要求1所述的一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤2中煅烧温度为750℃。
6.根据权利要求1所述的一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤3中纳米纤维薄膜尺寸为1*1*0.1mm3尺寸。
7.根据权利要求1所述的一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤3中N，N
8.根据权利要求1所述的一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤1中搅拌时长为4h。
9.根据权利要求1所述的一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤2中调节溶液PH值至8。
10.一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器，其特征在于，采用权利要求1～7任意一项所述的基于千层结构的电容式柔性压力传感器的制备方法制备而成。
...【技术特征摘要】
1.一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的均苯四甲酸二酐需分四次加入。
3.根据权利要求1所述的一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的高压电源电压为16kv，电纺流速为0.2ml/h，针头收集装置距离为16cm，电纺过程需控制环境湿度低于50％。
4.根据权利要求1所述的一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤2中化学反应均需在通风橱中进行。
5.根据权利要求1所述的一种基于千层结构的电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤2中煅烧温度为750℃。
【专利技术属性】
技术研发人员：毕鹏，吴施，林媛，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院衢州，
类型：发明
国别省市：
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