[实用新型]压力敏感层、压阻式压力传感器及压阻式压力传感阵列

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是压力传感器技术领域，特别涉及一种用于压阻式压力传感器的压力敏感层、压阻式压力传感器及压阻式压力传感阵列。

背景技术

随着微型计算机与物联网技术的发展以及工业4.0的实施，可穿戴设备作为物联网感知生命信号的接口，其越来越得到重视与发展，其可完成对各类生命体征信号的采集、检测与分析，并显示在终端设备。而为保证可穿戴设备柔韧性、舒适性与便携性，柔性传感器与电子皮肤成为可穿戴设备的研究热点。高灵敏柔性压力传感器可采集生命的呼吸，心率、脉搏等多种体征信号，在此研究中备受关注。同时高灵敏压力传感器也可广泛应用于移动终端、汽车装备与军事航天等领域。

压力传感器依其工作原理，可以分为压阻式、电容式与压电式等。压阻式压力传感器相比于其他传感器具有灵敏度高，测量范围大、结构简单等优点。为获取较高灵敏度的压阻式传感器，一般从传感器的结构与材料两方面研究。但目前，压阻式压力传感器仍然存在一些不足，如灵敏度不高、成本较高等。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于压阻式压力传感器的压力敏感层、压阻式压力传感器及压阻式压力传感阵列，其灵敏度高、易于加工成型、易于微型化与阵列化、成本低。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种用于压阻式压力传感器的压力敏感层，包括石墨烯材料和聚合物弹性体；所述石墨烯材料是疏松多孔的且具有微结构阵列，所述聚合物弹性体包覆在所述石墨烯材料外且渗入所述石墨烯材料的各个孔中。

优选地，所述微结构阵列中的微结构为锥形、截顶锥形和球形中的至少一种。

优选地，当所述微结构为锥形或截顶锥形时，锥度范围在30°～90°之间。

优选地，所述孔的孔隙率为25％-65％。

优选地，所述压力敏感层的厚度为5-200μm。

优选地，所述石墨烯材料为激光诱导石墨烯。

优选地，所述聚合物弹性体为PDMS、TPU、PET、硅橡胶或聚氨酯橡胶。

一种压阻式压力传感器，包括第一电极板、第二电极板以及至少一层所述的压力敏感层；所述压力敏感层置于所述第一电极板和所述第二电极板之间，所述第一电极板中的每一个电极和/或所述第二电极板中的每一个电极与所述微结构阵列中的至少一个微结构接触，所述第一电极板、所述压力敏感层和所述第二电极板相互键合。

优选地，所述压阻式压力传感器是柔性的。

一种包括所述的压阻式压力传感器的压阻式压力传感阵列。

本实用新型的有益效果包括：压力敏感层中的微结构对微弱压力变化敏感，且石墨烯的疏松多孔对压力也极为敏感，两者共同作用增大了压阻式压力传感器的灵敏度，具体来说，由本实用新型的压力敏感层形成的压阻式压力传感器，当外界压力作用于电极板，会使得产生形变的压力敏感层的电阻产生变化，即微结构产生变形，同时石墨烯内部的疏松多孔结构也会压缩变形，这均导致整体压力敏感层的电阻值变化，然后第一电极板和第二电极板通过施加电压，将此电阻值转化为电流信号，从而可感知外界压力大小。本实用新型的压力传感器能够将外界压力转化为电信号以此感知外界压力，具有灵敏度高、柔韧性好、易于微型化、阵列化以及成本低等优点。

附图说明

图1是本实用新型实施例1中的压阻式压力传感器的结构爆炸示意图；

图2是本实用新型实施例1中的压阻式压力传感器的剖面示意图；

图3A是实施例1中形成的石墨烯的立体结构示意图；

图3B为图3A中的一个微结构的放大示意图；

图3C为图3A中的石墨烯材料的扫描电镜图；

图4是本实用新型实施例1中形成的压力敏感层的剖面示意图；

图5是本实用新型实施例1的制作压阻式压力传感器的流程示意图；

图6是本实用新型实施例2的制作压阻式压力传感器的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

本实用新型提供一种用于压阻式压力传感器的压力敏感层，在具体实施方式中，所述压力敏感层包括石墨烯材料和聚合物弹性体；所述石墨烯材料是疏松多孔的且具有微结构阵列，所述聚合物弹性体包覆在所述石墨烯材料外且渗入所述石墨烯材料的各个孔中。其中，由石墨烯材料(包括形成的微结构)整体都是疏松多孔的。