[发明专利]一种蜂窝状结构压力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种蜂窝状结构压力传感器，其特征在于，包括依次排列的薄膜层(1)、氧化铟锡层(2)、Ag纳米线层(3)、PDMS和/或有机硅弹性体层(4)、Ag纳米线层(5)、氧化铟锡层(6)、薄膜层(7)；其中，所述PDMS和/或有机硅弹性体层(4)为上、下面均为蜂窝状结构，Ag纳米线分布在PDMS和/或有机硅弹性体层的上表面和下表面上；本发明的压力传感器具有蜂窝状微纳结构，具有稳定性好、灵敏度高、抗褶皱能力强等特点，有利于提高压力传感器的寿命。

技术领域

本发明属于压力传感器，特别涉及一种蜂窝状结构压力传感器及其制备方法。

背景技术

压力传感器(Pressure Transducer)是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置，其在医疗健康、智能家居、环境保护、安全生产、国防等领域发挥积极的作用。

近年来，随着电子信息技术、材料技术的不断发展，智能可穿戴设备迅速兴起并得到了极大的提高，在方便人们生活的同时，也为信息技术的发展开辟了新的领域。可用于医疗健康领域的可穿戴式压力传感器受到人们的广泛关注。可穿戴式压力传感器要求柔软、轻便、舒适，有机薄膜如PDMS、PET等满足上述要求，然而，这些有机薄膜通常是不导电的，因此，为了获得良好的电学性能，会在PDMS中掺入金属纳米线、碳纳米管、石墨烯等。但是，这类压力传感器普遍存在灵敏度低可测范围小等问题，在应用上也受到了一定的限制。为了克服上述问题，现有技术中，研究人员也尝试在PDMS引入各种微结构，例如复制丝绸的微结构、荷叶的微结构、纳米级倒金字塔结构、纳米柱、纳米长条阵列等等，而这些微结构均存在缺陷，如复制丝绸的微结构、荷叶的微结构，由于微结构过于粗大，均一性差，器件灵敏度还需要进一步提高。纳米级倒金字塔结构、纳米柱、纳米长条阵列，抗褶皱性能较差。

综上，需要开发一种具有良好灵敏度和耐褶皱性能的可穿戴的压力传感器，以适应市场的需要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种蜂窝状结构压力传感器及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种蜂窝状结构压力传感器，包括依次排列的薄膜层1、氧化铟锡层2、Ag纳米线层3、PDMS和/或有机硅弹性体层4、Ag纳米线层5、氧化铟锡层6、薄膜层7；其中，所述PDMS和/或有机硅弹性体层4的上、下面分别为蜂窝状结构，Ag纳米线分别分布在PDMS和/或有机硅弹性体层的上表面和下表面。所述PDMS和/或有机硅弹性体层4的上面的蜂窝状结构中的凹孔与下面的蜂窝状结构中的凹孔的位置可以是呈上下对称，也可以是相互错开的，优选上面的蜂窝状结构中的凹孔与下面的蜂窝状结构中的凹孔是相互错开，在压力的作用下，更有利于蜂窝状结构的变形，进而提高压力传感器的灵敏性，以及抗褶皱性。

优选地，所述PDMS和/或有机硅弹性体层4的上、下面上的凹孔均为顶部边长为400-2500nm，底部边长为200-1000nm；顶部线宽5-80nm，底部线宽30-500nm。其中，所述凹孔的顶部均是指靠近ITO层的一侧。

优选地，所述PDMS和/或有机硅弹性体层4的上、下面上的凹孔的高度为1-20μm。所述PDMS和/或有机硅弹性体层的上、下面上的凹孔的高度是指凹孔的顶部到凹孔的底部的距离。优选地，所述PDMS和/或有机硅弹性体层的上、下面上相对的2个凹孔的底部之间的距离为40-200μm。

优选地，所述PDMS和/或有机硅弹性体层的厚度为42-240μm。所述PDMS和/或有机硅弹性体层的厚度是指所述PDMS和/或有机硅弹性体层的上、下面上相对的2个凹孔的顶部之间的距离。

优选地，所述薄膜层1和薄膜层7分别为PET、PI、PU、PEN或PC。

优选地，所述薄膜层1和薄膜层7的厚度分别为200-700μm。所述薄膜层1和薄膜层7的厚度可以相同，也可以不同；优选薄膜层1与薄膜层7的厚度相同。