[发明专利]单向弯曲敏感传感器及其制备方法

说明书

一种单向弯曲敏感传感器及其制备方法，该传感器包括聚合物基底、叉指电极以及聚合物弹性体介电层；所述叉指电极覆盖在所述聚合物基底的表面；所述聚合物弹性体介电层具有向上凸起的微结构阵列，并覆盖在所述叉指电极的表面。此传感器结构简单，可实现对弯曲的方向和角度的测量，同时对法向压力不敏感，可避免法向压力带来的干扰，提高了测量的准确性，也不需要额外的校准，能够简便而可靠测量单向弯曲。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是一种单向弯曲敏感传感器及其制备方法。

背景技术

目前，许多智能化的检测设备已经大量地采用了各种各样的传感器，其应用早已渗透到诸如工业生产、海洋探测、环境保护、医学诊断、生物工程、智能家居等方方面面。随着信息时代的应用需求越来越高，对被测量信息的范围、精度和稳定情况等各性能参数的期望值和理想化要求逐步提高。针对特殊环境与特殊信号下气体、压力、湿度的测量需求，对普通传感器提出了新的挑战和要求。

现阶段，各类新型传感器层出不穷。其中，能对外界环境的刺激做出准确而迅速反应的柔性传感器成为研究的热点。柔性传感器主要渗透到以下四个领域：可穿戴设备，植入传感器设备，电子皮肤及功能化器件。其中，用于弯曲测量的传感器中，单向弯曲测量在多轴伺服控制系统中至关重要，特别是对于与人类相互作用的机器人。由于对正弯曲和负弯曲的敏感性，为弯曲测量开发的大多数柔性传感器仅具有有限的应用。而且，这些传感器通常具有对压力的响应，这意味着需要额外的校准，以及由压力带来的对测量结果的干扰。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种单向弯曲敏感传感器及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种单向弯曲敏感传感器，包括聚合物基底、叉指电极以及聚合物弹性体介电层；所述叉指电极覆盖在所述聚合物基底的表面；所述聚合物弹性体介电层具有向上凸起的微结构阵列，并覆盖在所述叉指电极的表面。

进一步地：

所述聚合物弹性体介电层的微结构包括锥形、截顶锥形和球形中的至少一种。

所述微结构的锥形包括圆锥形或棱锥形，所述微结构的截顶锥形包括截顶圆锥形或截顶棱锥形，所述锥形或所述截顶锥形的锥度在30°-90°之间。

所述微结构凸起的底面尺寸为直径10-60μm或底边边长为10-60μm。

所述微结构凸起的间距为10-120μm。

所述聚合物弹性体介电层的材料为PDMS、TPU、PET、硅橡胶或聚氨酯橡胶。

所述聚合物弹性体介电层的厚度为6-100μm。

所述聚合物基底的材料为PET、PI或PP薄膜，薄膜厚度为5-15μm。

所述叉指电极的电极宽度为10-100μm，叉指间距为10-100μm，电极厚度为50-150nm。

所述叉指电极的材料为金、银、铜、碳纳米管或铬。

一种所述的单向弯曲敏感传感器的制作方法，包括以下步骤：

制备聚合物薄膜作为传感器的聚合物基底；

在所述聚合物基底上形成叉指电极；

使用具有微结构凸起阵列模板的硅模具制作在一面具有微结构凸起阵列的聚合物弹性体介电层；

将带有所述叉指电极的所述聚合物衬基底键合在所述聚合物弹性体介电层的另一面，将键合后的所述聚合物弹性体介电层从硅模具上剥离下来。

本发明具有如下有益效果：