[发明专利]一种电阻式薄膜拉力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种电阻式薄膜拉力传感器，其采用可拉伸绝缘材料和导电材料制成，为单层结构或双层结构，总厚度为0.5～30μm，由涂有抗粘层的刚性衬底上剥离得到；所述单层结构为所述可拉伸绝缘材料和导电材料的混合体，该可拉伸绝缘材料与导电材料混合的质量比为10:1～1:2；所述双层结构包括由所述可拉伸绝缘材料构成的下层和由所述导电材料构成的位于该下层之上的上层。本发明采用特殊的方式制备所述电阻式薄膜拉力传感器，获得了超薄的结构，不仅提高了传感器的透明性和不可感知性、减少了传感器材料的使用、降低了传感器的重量，同时在传感器受到拉力作用时增大了传感器的形变量，提高了传感器的灵敏度。

技术领域

本发明涉及一种电子器件，具体涉及一种电阻式薄膜拉力传感器及其制备方法，属于电子技术领域。

背景技术

人体关节部位如柔性膝盖、手指等的弯曲或者肌肉的拉伸是人体运动的标志，通过传感器感知并记录这些运动数据能够应用于康复治疗、健康监控、运动性能监控和人体运动捕捉等领域，例如将传感器贴合在颈部能够纠正看书、写字时的人体坐姿，或者在长时间埋头工作后对人发出健康警报；又如将传感器贴合到膝盖或腿部肌肉上以提高运动员训练的效率等等。这些都需要通过拉力传感器的检测而得到。

拉力传感器的工作方式主要采用电阻式，即通过将弹性导体进行拉伸，其结构体在拉伸过程中发生形变而导致横截面减小，导电区域变长，从而使其电阻值发生变化。对拉力传感器的基本要求是满足可弯曲性、高灵敏度、快速响应以及与人体的兼容性，但到目前为止，对拉力传感器的要求尚未关注到传感器与人体皮肤贴合后的透明性和不可感知性。传感器的透明性和不可感知性增加了人体在穿戴传感器后的舒适性，因而对拉力传感器提出了更高的要求。因此，如何在满足可弯曲性、高灵敏度、快速响应以及与人体的兼容性的基础上，提高传感器的透明性和不可感知性具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是，提供一种电阻式薄膜拉力传感器，在满足可弯曲性、高灵敏度、快速响应和与人体的兼容性的基础上，提高传感器的透明性和不可感知性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种电阻式薄膜拉力传感器，采用可拉伸绝缘材料和导电材料制成，为单层结构或双层结构，总厚度为0.5～30μm，由涂有抗粘层的刚性衬底上剥离得到。

按照本发明所提供的电阻式薄膜拉力传感器，所述单层结构为所述可拉伸绝缘材料和导电材料的混合体，该可拉伸绝缘材料与导电材料混合的质量比为10:1～1:2。

按照本发明所提供的电阻式薄膜拉力传感器，所述双层结构包括由所述可拉伸绝缘材料构成的下层和由所述导电材料构成的位于该下层之上的上层。

按照本发明所提供的电阻式薄膜拉力传感器，所述可拉伸绝缘材料为PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PU(聚氨酯)或Ecoflex(铂催化硅胶)。

按照本发明所提供的电阻式薄膜拉力传感器，所述导电材料为pH值酸性或中性的PEDOT：PSS(聚(3,4-乙撑二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸)、PPy(聚吡咯)、单层或多层石墨烯、石墨、炭黑、单壁或多壁碳纳米管、金属纳米线和直径为5～300nm的金属氧化物的纳米颗粒中的一种或几种的组合。

按照本发明所提供的电阻式薄膜拉力传感器，所述pH值酸性的PEDOT：PSS(聚(3,4-乙撑二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸)的pH值在1～2.5之间，其中PEDOT(聚(3,4-乙撑二氧噻吩))与PSS(聚苯乙烯磺酸)的质量比为1:2.5～1:6；所述pH值中性的PEDOT：PSS(聚(3,4-乙撑二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸)为pH值酸性的PEDOT；PSS(聚(3,4-乙撑二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸)经有机碱中和后形成的产物。