[发明专利]一种电容式柔性压力传感器及其制造方法

说明书

本发明是一种电容式柔性压力传感器及其加工方法，上下基底相对应的表面等间隔分布有阵列化径向凸起构成的微结构，上下基底相对应的表面分别设有与其紧密贴合并具有相同微结构的导电层，上下导电层之间设置具有孔隙结构的电介质层。在压力作用下，上下导电层与电介质的有效接触面积急剧增大，而距离也相应减小，因此具有很高的灵敏度。本发明利用激光选区熔化技术制备表面微结构化的钢质模具，浇注柔性基底材料制成表面微结构化的基底，再通过化学气相沉积法和中介物转移技术将石墨烯薄膜作为导电层，并使导电层微结构化。本发明具有微结构参数可控、有效提高电容式柔性压力传感器性能和便于大规模生产的突出优点。

技术领域

本发明属于柔性传感器，特别是涉及一种电容式柔性压力传感器及其加工方法。

背景技术

近年来，可穿戴的柔性压力传感器已经成为电子皮肤的重要研究方向，其在人工皮肤、智能机器人以及人体生理信号监测方面具有巨大的应用前景。

大多报道的电容式柔性压力传感器都是基于光刻和蒸镀工艺，其工艺复杂、设备昂贵且涉及高温处理过程。

另据报道，一种电容式柔性压力传感器的TPU介电层可以通过静电纺丝工艺构建，使之具有透气性。

总之，现有技术中截至目前尚无法有效制备出极板表面微结构可控、介电层的孔隙结构可控的电容式柔性压力传感器，而极板表面的微结构以及介电层的孔隙结构对所述传感器的性能具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的以上技术问题，本发明公开一种电容式柔性压力传感器及其加工方法。

本发明的电容式柔性压力传感器，包括柔性的上下基底和封装结构，所述上下基底相对应的表面等间隔分布有阵列化径向凸起构成的微结构，所述径向凸起截面为齿状，上下基底相对应的表面设有与其紧密贴合并具有相同微结构的导电层，所述上下导电层之间设置具有孔隙结构的电介质层，上下导电层阵列化径向凸起与电介质层相接合，上下基底导电层的一端设有分别对应于电介质层相对一端的银电极及其引线。

所述上下基底表面分布的径向凸起其高度和间隔范围均为0.1m m～0.2mm。

所述电介质层的孔隙结构为正交多孔结构，线单元之间的距离为0.05-0.1mm，电介质层的厚度为0.1-0.15mm。

本发明的电容式柔性压力传感器其加工方法包括以下步骤：

(1)使用激光选区熔化技术制备表面微结构化的钢质模具，所述微结构化由高度、间隔相等的阵列化径向凸起构成，所述径向凸起截面为齿状，阵列化径向凸起的高度和间隔均为0.1mm～0.2mm；

(2)将聚二甲基硅氧烷与固化剂混合液浇注在步骤(1)所制备的表面具有微结构钢质模具表面，聚二甲基硅氧烷与固化剂质量比为10:1；

(3)从钢质模具表面剥离固化后形成的聚二甲基硅氧烷基底，使钢质模具表面的微结构复制到基底表面；

(4)在具有微结构的基底表面使用化学气相沉积法沉积石墨烯薄膜作为导电层，导电层与基底表面的微结构紧密结合并具有相同的微结构；

(5)取银电极，通过导电胶使之固定于导电层的一端；

(6)将等数量的导电层固定有银电极的基底分别作为上基底和下基底，在下基底导电层表面利用3D打印技术将聚二甲基硅氧烷与固化剂混合浆料以正交方式进行打印，获得多孔结构的电介质层，电介质层线单元之间的距离为0.05-0.1mm，电介质层的厚度为0.1-0.15mm，所述聚二甲基硅氧烷与固化剂质量比为10:1；

(7)分别在上、下基底导电层的银电极连接引线；

(8)在下基底的电介质层的上表面罗列上基底，上基底的导电层与电介质层相接合，上、下基底导电层的银电极分别对应于电介质层相对的一端；