[发明专利]一种柔性电阻式压力传感器阵列及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性电阻式压力传感器阵列及其制备方法，其中柔性电阻式压力传感器阵列包括表面封装层、电极层和功能层，电极层包括基层薄膜以及基层薄膜上的若干条等距排列的薄膜金属线，薄膜金属线连接有多路选通器；所述功能层为表面带有凸起微结构的柔性弹性薄膜，柔性弹性薄膜覆盖有若干条等距排列的导电金属线，导电金属线连接有运算放大器；电极层的薄膜金属线和功能层的导电金属线以垂直交叉的方式叠合装配。本发明的压力传感器阵列具有高灵敏度、快速响应与恢复、低工作电压、大阵列规模、简单制备工艺和低成本等一系列优点。

技术领域

本发明涉及压力传感器领域，具体涉及一种柔性电阻式压力传感器阵列及其制备方法。

背景技术

柔性器件与传统刚性器件不同，其具有柔韧性和弹性，可以承受多种变形，柔性压力传感器在医疗健康，人机交互，机器人电子皮肤等领域具有广泛应用。

柔性压力传感器根据传导机理主要分为电阻式、电容式和压电式三类。其中，电阻式压力传感器因其结构简单，灵敏度高等优点而被大量研究，其机理是将外界压力刺激转变为电阻的变化，从而导致输出的电流或电压的改变，来反馈压力的大小。

目前实现柔性电阻式压力传感器的技术有：1)压阻式柔性压力传感器：柔性块材导电材料与电极欧姆接触形成通路，压力使材料变形导致自身电阻率改变，进而改变输出电信号，柔性块材导电材料一般是采用炭黑、碳纳米管、石墨烯等微纳米材料作为导电相与硅橡胶掺杂形成的柔性导电复合材料；2)接触式柔性压力传感器：表面导电微结构柔性绝缘材料与电极欧姆接触形成通路，即绝缘柔性材料的一面具有表面微结构，且微结构表面覆盖导电金属，压力使表面微结构变形导致柔性材料的导电表面与电极的接触面积增加使接触电阻降低，进而改变输出电信号。

柔性压力传感器阵列化是指，由柔性压力传感器作为传感单元，将若干单元集成在一定区域内，并通过电路控制实现寻址实时测量分布压力，柔性压力传感器只能测量单点的压力变化，而分布压力测量可以同时测量一定区域内多点的压力变化。

目前实现电阻式压力传感器的阵列化的电路技术有：1)冗线式，即每个传感单元独立引出正负极引线，实现寻址；2)薄膜晶体管式，即将传感单元与薄膜晶体管集成，通过晶体管实现寻址；3)扫描电路式，即通过交叉的行列走线将所有传感单元接入，再控制行列的选通实现寻址。

目前柔性压力传感器阵列技术有：1)以压阻式柔性压力传感器为单元，采用冗线式、薄膜晶体管式或扫描电路式电路技术将该单元阵列化；2)以接触式柔性压力传感器为单元，采用冗线式技术将其阵列化。

现有的柔性电阻式压力传感器阵列技术虽可实现分布压力测量，但是其在灵敏度，响应和恢复时间或制备工艺方面存在明显不足；此外，采用冗线式阵列化技术的阵列，存在阵列规模小，引线多的缺点；扫描电路行和列均需要选通器，会增加后端电路控制负担；采用薄膜晶体管式技术制备的阵列，存在制备工艺复杂困难，成本高昂，工作电压高的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种高灵敏度、快速响应与恢复、低工作电压、大阵列规模的新型柔性电阻式压力传感器阵列及其制备方法。

一种柔性电阻式压力传感器阵列，包括表面封装层、电极层和功能层，所述电极层包括基层薄膜以及基层薄膜上的若干条等距排列的薄膜金属线，所述薄膜金属线连接有多路选通器；

所述功能层为表面带有凸起微结构的柔性弹性薄膜，所述柔性弹性薄膜覆盖有若干条等距排列的导电金属线，所述导电金属线连接有运算放大器；

所述电极层的薄膜金属线和功能层的导电金属线以垂直交叉的方式叠合装配。