[发明专利]一种一体式电容式传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种一体式电容式传感器及其制备方法和应用，所述传感器包括具有多孔结构的介电层，以及位于介电层两侧的电极层；其中，所述介电层的孔壁上负载离子物质。本发明提供的传感器具有一体化、灵敏度高、透气性好的优点，可以应用于制作健康监测器件或户外运动服装等。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及一种一体式电容式传感器及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，压力传感器在可穿戴式电子产品、医疗健康监测设备、电子皮肤、平板显示、航空航天、人工智能等领域有着巨大应用潜力，受到人们越来越多的关注。压力传感器按照工作原理主要分为压阻式、电容式、压电式和摩擦式传感器。其中电容式传感器通过外界力的变化从而引起电容值的变化，该类型传感器响应快、能耗低、结构简单、信噪比低，引起广泛的关注。目前所报道的电容式的压力传感器仍然存在一些缺点，例如灵敏度低，采用全密封模式封装器件导致不透气，很难制备大面积的样品等。通过在电极或介电层构建一些微结构来提高传感器的灵敏度已被证实是一种可行的方法，然而薄膜表面微纳结构的获取方式诸如硅倒膜法、光刻法、反应离子束刻蚀法等，其不仅价格昂贵，且灵敏度提高量不显著。

CN107505068A公开了一种电容式柔性压力传感器及其制备方法，其中，该电容式柔性压力传感器包括：第一柔性纳米纤维薄膜层；第二柔性纳米纤维薄膜层，与第一柔性纳米纤维薄膜层相对设置；第一电极层，附着于第一柔性纳米纤维薄膜层内侧；第二电极层，附着于第二柔性纳米纤维薄膜层内侧；以及纳米纤维膜介电层，设置于第一电极层与第二电极层之间；该纳米纤维薄膜作为介电层，由静电纺丝制备得到，介电层的多孔结构提高了传感器的灵敏度，并且保持传感器的透气性。然而，该发明只是单纯的通过多孔结构来提高灵敏度，其灵敏度的增加量是非常有限的，并且在外界压力较大的情况下(高压区)，由于多孔层被压实，其灵敏度大幅降低，影响其使用范围。CN105547531A提供了一种高灵敏电容式压力传感器及其制作方法，该传感器包括衬底，压力弹性膜，分别固定在衬底上的第一固定基座、第二固定基座和第三固定基座，机械杆，支撑轴，第一叉指电极和第二叉指电极，第一引线电极和第二引线，绝缘材料。该发明通过机械放大杆的使用，使压力膜的变形成倍放大，从而提高了电容检测的灵敏度。然而，该发明为提高灵敏度而采用机械杆，很大程度上影响到传感器使用的舒适性，且该传感器结构复杂，不利于生产制备。CN108472846A公开了一种用于生物电极的一体式传感器和用于生产的方法，包括：穿过背衬材料的膜注塑导电树脂以直接在所述背衬材料中形成所述传感器，所述传感器包括设置在所述膜的第一侧上的接触面和从与所述第一侧相背的所述膜的第二侧凸出的柱；以及用不可极化的导电材料涂覆所述接触面。但是透气性差且灵敏度较低。

因此，需要开发一种灵敏度高，结构简单且透气排汗性较好的一体式传感器以满足应用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一体式电容式传感器及其制备方法和应用，本发明提供的一体式电容式传感器实现了传感器件的一体化，而且所得到的传感器件灵敏度高，透气性好；且原料成本低廉，制备工艺简单，方便大规模工业化生产；所述一体式电容式传感器可用于制作户外运动衣物、可穿戴式健康监测器件等，具有广阔的应用价值。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种一体式电容式传感器，所述传感器包括具有多孔结构的介电层，以及位于介电层两侧的电极层；

其中，所述介电层的孔壁上负载离子物质。

本发明提供的传感器具有一体化、灵敏度高、透气性好的优点；在本发明中，在介电层的孔壁上负载离子物质，在外力作用下，离子物质的存在使传感器形成一种独特的超级电容层，从而可以大幅提高传感器的灵敏度，进而提高信号监测的准确性，并且离子物质的存在不会影响介电层的通孔性，进而可以保持介电层良好的透气排汗性。

优选地，所述电极层具有网状多孔结构。