[发明专利]一种柔性电子压力传感装置及其制备方法

说明书

本发明适用于传感器制作和封装技术领域，公开了一种柔性电子压力传感装置及其制备方法。柔性电子压力传感装置包括柔性外壳，柔性外壳内具有内部容腔，内部容腔包括多个阵列通道和连通于多个阵列通道同一端面的连通腔，内部容腔内设置有液态金属导体，柔性外壳连接有至少两个与液态金属导体相接的电极。柔性电子压力传感装置的制备方法用于制备上述柔性电子压力传感装置。本发明所提供的一种柔性电子压力传感装置及其制备方法，柔性电子压力传感装置能够完全贴合三维复杂静/动态表面的同时完成接触压力的测量，且稳定性、精度、准确度和可靠性高，耐高温，适用范围广、使用寿命长。

技术领域

本发明属于电子压力传感器制作和封装技术领域，尤其涉及一种柔性电子压力传感装置及其制备方法。

背景技术

随着人们对自己健康状况越来越重视，逐渐热衷于能实时生理参数采集和运动状态分析的可穿戴设备。作为可穿戴设备核心元件之一的传感器系统由于自身柔性不足而限制了可穿戴设备的进一步发展，在实时健康检测、植入式医疗设备、智能家居以及皮肤电子设备等运用中，都迫切需要高性能的柔性电子器件。目前的压力传感器大多数仍由无机材料如硅等制成。一旦产生拉伸或弯曲变形，将会使传感器硬件结构破坏而失效，且在信号采集过程中，灵敏度低，容易受到如呼吸，肌肉收缩等生理噪声的干扰，无法完整而清晰采集数据。

而且随着智能终端的普及，智能生活将我们日常的活动串联在一起。可穿戴电子设备呈现出巨大的市场前景，全球主要的消费电子公司几乎都推出了各自的可穿戴产品，比如苹果公司的Apple Watch、微软Microsoft Bend和华为的Huawei Watch等。短短几年内各种各样的可穿戴设备不断涌现，从计步、卡路里消耗、饮食习惯、睡眠监测到慢性病预警、电子纹身和视网膜植入物等。极大的丰富了我们生活。然而目前可穿戴传感技术往往基于刚性基底，传感器需要嵌入到刚性封装中，与柔性的人体复杂的三维皮肤表面存在机械上的不匹配，影响了用户的体验和测量的结果。

现有技术中的柔性传感器主要采用以下方式制备。

1.使用垂直取向的氧化锌(ZnO)纳米线制备高密度的触觉传感器阵列，利用拉伸条件下氧化锌纳米线产生压电效应，将压电电流作为栅极电信号，只需要两个终端电极的情况下得到了具有检测灵敏度的电子皮肤传感器。

2.以多相反应生成的弹性、低模量微结构的空心球聚吡咯聚合物组成的薄膜，随着力的大小薄膜与电极之间的接触面积变化而检测不同大小的载荷。

3.通过结构和形状设计，能够利用传统无机材料如金属，硅基等制成三维“波”结构的柔弹性导电元件。使得传统无机导电材料能够随着弹性基底的延展而伸长变形但不会发生断裂等破坏。

4.利用PDMS和碳纳米管(CNT)形成压阻式互锁的小型拱形结构阵列，开发了一种可以感知压力方法的电子皮肤，这种传感器灵敏度高，甚至可以感知空气流的方向及强烈程度。

5.利用压阻橡胶制作了基于压阻原理的压力传感器阵列，分散的圆形传感单元被布置在柔性的PET薄片上，银用于制作传感器的电极由于制作材料的柔性实现了传感器阵列的柔性化。

虽然上述应变传感器具有一定的柔性，但是依然无法实现随意地拉伸、弯曲和扭转等特殊形态。缺乏类似皮肤的柔弹性，不能够完全贴合三维复杂静/动态表面的同时完成接触压力的测量。即使集成到可穿戴设备中，由于与人体皮肤表面存在机械上的不匹配，使得用户的体验效果不佳。另外，因为结构设计和封装技术的局限，使得测量的准确性和灵敏度不能兼顾。容易受到人体自身的生理信号的干扰。对于目前碳纳米管和石墨烯等用于柔性传感器的材料制备技术水平工艺还不成熟，也存在不耐高温，适用范围、使用寿命等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种柔性电子压力传感装置及其制备方法，其柔性电子压力传感装置的稳定性、精度和准确度、可靠性佳。