[发明专利]电容型压力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种电容型压力传感器及其制备方法，所述电容型压力传感器包括底电极、顶电极、第一介电层、第二介电层及两个支撑部，所述第一介电层、第二介电层、两个支撑部均位于所述底电极与所述顶电极之间，所述两个支撑部位于所述底电极的两端，第一介电层、第二介电层分别位于两个支撑部之间且第一介电层位于第二介电层与顶电极之间，第二介电层的介电常数大于第一介电层的介电常数，第一介电层为空气层或薄膜。本发明提供的电容型压力传感器通过设置两层介电层，这样可以增加电容型压力传感器的介电常数，从而增加电容型压力传感器的电容值变化率，提升了电容型压力传感器的灵敏度和检测范围。

技术领域

本发明涉及压力传感领域，尤其涉及一种电容型压力传感器及其制备方法。

背景技术

近年来，随着柔性电子学的发展，柔性压力传感器的灵敏度和检测范围有了很大的提升。Rogers等制成了基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电纤维的压电型压力传感器，最低能检测到0.1Pa的微小压力；鲍哲楠等发明的空心微珠聚吡咯薄膜压阻型压力传感器在30Pa以下具有133kPa^-1的极高灵敏度。但大部分传感器的制作方法复杂，成本过高，无法实现批量生产，同时还存在可重复性差的问题，这给柔性压力传感器的实际应用带来了巨大的难题。

目前主流的柔性压力传感器有电阻型、压电型、电容型和光波导型压力传感器，其中柔性电容型压力传感器因其极低的工作能耗、检测信号稳定，在可穿戴设备、医疗健康检测设备等方面具有巨大的潜在应用价值。现有的电容型压力传感器大多在介电层一侧设计一层微结构，使得电介质层易于发生纵向形变，进而改变电容器两极板的间距，令电容发生改变。但受限于固体材料较高的压缩模量，电介质层的厚度减少量极其有限，电容值变化较小，且在一定压力范围后材料无法继续压缩，电容值几乎不变，造成电容型压力传感器灵敏度较低和检测范围较窄。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种电容型压力传感器及其制备方法，能够提升灵敏度、增加检测范围。

本发明提出的具体技术方案为：提供一种电容型压力传感器，所述电容型压力传感器包括底电极、顶电极、第一介电层、第二介电层及两个支撑部，所述第一介电层、第二介电层、两个支撑部均位于所述底电极与所述顶电极之间，所述两个支撑部位于所述底电极的两端，所述第一介电层、所述第二介电层分别位于所述两个支撑部之间且所述第一介电层位于所述第二介电层与所述顶电极之间，所述第二介电层的介电常数大于所述第一介电层的介电常数，所述第一介电层为空气层或薄膜。

进一步地，所述第二介电层的介电常数为100～3000、介电损耗为0.001～2。

进一步地，所述第二介电层由基底及填充于所述基底中的电介质材料组成。

进一步地，所述基底的材质选自聚二甲氧基硅烷、聚氨酯、聚四氟乙烯中的一种。

进一步地，所述电介质材料选自石墨烯、碳纳米管、离子液体中的至少一种。

进一步地，所述薄膜的材质为弹性高分子泡沫或气凝胶。

进一步地，所述薄膜的上表面为粗燥面。

进一步地，所述第二介电层的厚度为50-200微米，和/或所述第一介电层的厚度为10-50微米。

本发明还提供了一种电容型压力传感器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

提供一底电极；

在所述底电极的两端粘接两个支撑部；

通过热压合工艺在所述底电极上粘接第二介电层，以使得所述第二介电层位于所述两个支撑部之间；

在所述两个支撑部上粘接顶电极，所述顶电极与所述第二介电层之间的空气层形成第一介电层，或在所述第二介电层上粘接薄膜，在所述两个支撑部上粘接顶电极，所述顶电极与所述第二介电层之间的薄膜形成第一介电层。