[发明专利]一种柔性压力传感器及其制备方法

说明书

一种柔性压力传感器及其制备方法，属于传感器领域。所述压力传感器自下而上依次为第一微纳结构PDMS薄膜、第一CNT薄膜、毫米结构PDMS层、第二CNT薄膜和第二微纳结构PDMS薄膜；所述毫米结构PDMS层包括两个长条形PDMS薄膜，位于第一CNT薄膜的两端，厚度为1～2mm，所述第一微纳结构PDMS薄膜和第二微纳结构PDMS薄膜表面为椎体结构。本发明对电极式压力传感器采用使用黑硅作为模板制备的微纳结构PDMS薄膜作为压力传感器电极衬底，采用CNT薄膜作为压力传感器电极，并在上下电极之间引入毫米结构的PDMS层，得到的压力传感器的灵敏度有较大的提高，且稳定性更好。

技术领域

本发明属于传感器领域，具体涉及一种柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

柔性压力传感器是能将应力转化为电学信号的柔性电子器件，一般通过电容效应、压电效应或压电阻效应实现力学量到电学信号的转换，目前，柔性压力传感器广泛应用于柔性触摸屏、智能机器人、移动医疗和机械结构损伤检测等领域。

电阻式柔性压力传感器由于具有器件结构简单、简易的后期数据处理电路和较高的灵敏度而备受产业界和研究界的青睐；对电极式柔性压力传感器是一种电阻式柔性压力传感器，其器件结构简易、灵敏度很高，具有极大的研究与应用潜力。首尔大学的ChanghyunPang研究小组利用硅作为模板制备出具有微纳指状结构阵列，然后在PDMS薄膜上溅射Pt薄膜电极组装成对电极结构的压力传感器(Changhyun Pang，Nature Materials，2012，7)；该传感器利用覆有Pt电极的指状导电结构受到应力作用接触面积发生变化从而将应力转化为电阻变化实现压力传感，可检测到最小为5Pa的压强，且在8000次重复测试中器件性能稳定。具有微纳结构的PDMS薄膜虽然能提高柔性压力传感器的灵敏度，但仅利用微纳结构的接触效应来提高灵敏度，对灵敏度的提升有限，且稳定性较差。

发明内容

本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种新型的柔性压力传感器及其制备方法。本发明对电极式压力传感器采用使用黑硅作为模板制备的微纳结构PDMS(聚二甲基硅氧烷)薄膜作为压力传感器电极衬底，采用CNT薄膜作为压力传感器电极，并在上下电极之间引入毫米结构的PDMS层，得到的压力传感器的灵敏度有较大的提高，且稳定性更好。

本发明的技术方案如下：

一种柔性压力传感器，自下而上依次为第一微纳结构PDMS薄膜、第一CNT薄膜、毫米结构PDMS层、第二CNT薄膜和第二微纳结构PDMS薄膜；所述毫米结构PDMS层包括两个长条形PDMS薄膜，位于第一CNT薄膜的两端，厚度为1～2mm，所述第一微纳结构PDMS薄膜和第二微纳结构PDMS薄膜表面为椎体结构。

进一步地，所述毫米结构PDMS层包括两个长条形PDMS薄膜，位于CNT薄膜的两端，两个长条形PDMS薄膜之间的距离为20～26mm，长条形PDMS薄膜的厚度为1～2mm。

进一步地，所述第一微纳结构PDMS薄膜和第二微纳结构PDMS薄膜的厚度为0.5～2mm，表面为阵列排列的厚度为2～10μm的椎体；所述第一CNT薄膜和第二CNT薄膜的厚度为100～300nm。

一种柔性压力传感器的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：制备第一微纳结构PDMS薄膜和第一CNT薄膜；

步骤2：将两个长条形PDMS薄膜层叠于第一CNT薄膜两端，得到毫米结构PDMS层；

步骤3：制备第二微纳结构PDMS薄膜和第二CNT薄膜，并采用第二CNT薄膜面向第一CNT薄膜的方式将第二微纳结构PDMS薄膜和第二CNT薄膜层叠于步骤2得到的毫米结构PDMS层上；从而得到本发明所述柔性压力传感器。