[发明专利]压力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种压力传感器及其制备方法，所述压力传感器包括两个外接电极和两个相对设置的具有弹性的衬底，至少一个衬底的接触面上有凸起结构，接触面为两个衬底相对的一面，衬底为导电体，每个衬底连接一个外接电极，凸起结构的表面覆盖有导电层。从而，既利用了弹性导电衬底本身在压力作用下产生形变而导致电阻发生变化的压阻效应，又利用了衬底在压力作用下其凸起结构表面的导电层接触面积改变而导致接触电阻发生变化的效应，通过二者的协同作用极大的扩大了压力检测范围，并且相对现有技术中在两个衬底之间夹设电路层的方式，本发明实施例中的导电层在凸起结构形变时其接触面积变化更大，因此进一步提高了压力传感器的灵敏度和可靠性。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其是涉及一种压力传感器及其制备方法。

背景技术

压力传感器是一种能将应力转变为电学信号的电子器件，可广泛用于柔性触屏、人工智能、可穿戴电子、移动医疗等领域。根据信号转换机理，压力传感器主要分为电阻式传感器、电容式传感器和压电式传感器。其中，电阻式压力传感器的基本工作原理是将被测压力的变化转变为传感器的电阻值的变化。电阻式压力传感器由于具有器件结构简单、电阻信号稳定易测、较高的灵敏度等优点备受关注。

将电阻式压力传感器的电极阵列进行微结构化是提高传感器灵敏度、可靠性的有效途径之一。例如，现有技术中提出了一种具有微结构的电阻式压力传感器，其包括上基底、下基底、本体电路层和引出电极；上基底和下基底为绝缘的弹性有机材料，其一面为相同的立体结构，且有立体结构的一面相对设置；本体电路层为柔性，其上设置导电材料制成导电线路层；本体电路层夹设在上基底和下基底之间，且在本体电路层的两端分别引出电极。当压力作用于压力传感器时，在压力作用下上下基底表面的微结构接触面积发生变化而导致其间的本体电路层的电阻发生变化，通过电阻变化即可检测出压力大小，因此具有较高的灵敏度。

然而，虽然具有微结构的电阻式压力传感器的灵敏度较高，但是由于微结构的变形量较小，因此能够检测的压力范围也往往较小，从而限制了其应用范围。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种压力传感器及其制作方法，旨在解决现有技术中电阻式压力传感器的压力检测范围较小的技术问题。

为达以上目的，一方面提出一种压力传感器，所述压力传感器包括两个外接电极和两个相对设置的具有弹性的衬底，至少一个衬底的接触面上有凸起结构，所述接触面为两个衬底相对的一面，所述衬底为导电体，每个衬底连接一个外接电极，所述凸起结构的表面覆盖有导电层。

可选地，所述衬底为由弹性聚合物和导电填料制作而成的弹性聚合物基导电复合材料。

可选地，所述弹性聚合物基导电复合材料通过物理机械共混法、溶液共混法或熔融共混法制备而成。

可选地，所述导电填料包括金属导电粉、碳系导电填料、表面镀金属的导电填料、双金属导电填料中的一种或至少两种。

可选地，所述弹性聚合物为硅橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、聚二甲基硅氧烷、热塑性聚氨酯弹性体、苯乙烯类弹性体、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物或氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。

可选地，所述导电层包括金、银、铜、铝、镍、钯、铂、碳和铟锡氧化物中的一种或至少两种导电材料。

可选地，所述导电层通过蒸镀、化学沉积、印刷和涂布中的任意一种方法制备而成。

可选地，两个衬底的接触面上有相同的凸起结构，且所述两个衬底的接触面的凸部与凸部正对或者凸部与凹部正对。

可选地，所述衬底为柔性材料，厚度为20μm～1mm。

可选地，所述导电层的厚度为5nm-500nm。

另一方面，提出一种压力传感器的制备方法，所述方法包括以下步骤：