[发明专利]一种基于离散型接触结构的柔性压力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于离散型接触结构的柔性压力传感器及其制备方法，包括：柔性基底；下层电极，所述下层电极设置在所述柔性基底之上；触点阵列，所述触点阵列形成在下层电极之上并与所述下层电极电接触；支撑侧壁及延伸电极层，所述支撑侧壁设置在所述下电极的周围，并且与下电极电隔离；以及悬空网状电极，所述悬空网状电极形成在支撑侧壁上，并通过延伸电极引出，其中在未受外部作用力的情况下，所述悬空网状电极与所述触点阵列间隔开特定距离。本发明导电填料纳米石墨颗粒能均匀分散在PI中，且形成的复合材料具有良好的导电性能和机械性能。本发明具有制备工艺简单、反应灵敏，量程大和成本低的特点。

技术领域

本发明涉及微传感器技术及MEMS技术领域。具体而言，本发明涉及一种基于离散型接触结构的柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

随着人类的发展以及科学技术的高度发达，人们对生活质量的要求越来越高，这也极大地促进了智能可穿戴设备、机器人、无人机、自动驾驶等方便人们工作生活的智能产品的研究和发展，而这些产品的发展离不开压力传感器。

压力传感器的基本原理主要有电阻应变式、压电式、电容式、电感式和压阻式。

对于电阻应变片式传感器，被测的动态压力施加在弹性敏感元件上，使它产生变形，在其变形的部位粘贴的电阻应变片感受动态压力的变化。电阻应变片式传感器主要包括膜片式和应变筒式。膜片式应变压力传感器不适用于测量较大的压力。当变形大时，线性度较差。且在低压高频测量中，若是冲击压力频率与膜片自顿频率相接近时，会造成波形与压力值的失真与偏低。应变筒式应变传感器不适用于测量低压。

压电式压力传感器是利用压电材料(如氧化锌半导体材料，压电陶瓷等)的压电效应，将压力转换为相应的电信号，再经过放大器、记录器等测得压力参数。这类传感器的自振频率高，能适应较恶劣环境，但是低频性能差，温度敏感性高，使用及维修使用比较苛刻。

电感式压力传感器是将压力的变化量转换为对应的电感变化量，之后输入给放大器和记录器。主要有气隙式和差动变压器式。虽然精度高，但是只能检测金属原件，使用范围小，占地面积大，功耗较大。

电容式压力传感器，是一种利用电容敏感元件将被测物理量或机械量转换为电容量变化的一种转换装置。常用的有平行板型和圆筒型。具有输出阻抗高、负载能力差和寄生电容影响大的缺点。

压阻式压力传感器是受力时，其电阻发生变化的传感器。现有技术中，可使用硅片作为弹性敏感元件。这种传感器受温度影响大、工艺复杂、量程小。近些年广泛研究的还有复合材料作为敏感元件，可以制作柔性电子皮肤，但是滞后大，稳定性差。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，根据本发明的一个方面，提供一种多触点柔性压力传感器，包括：

柔性基底；

下层电极，所述下层电极设置在所述柔性基底之上；

触点阵列，所述触点阵列形成在下层电极之上并与所述下层电极电接触；

支撑侧壁及延伸电极层，所述支撑侧壁设置在所述下电极的周围，并且与下电极电隔离；以及

悬空网状电极，所述悬空网状电极形成在支撑侧壁上，并通过延伸电极引出，其中在未受外部作用力的情况下，所述悬空网状电极与所述触点阵列间隔开特定距离。

在本发明的一个实施例中，在一定的压力作用下，所述悬空网状电极变形与触点阵列中的若干触点接触，且在压力解除时，所述悬空网状电极恢复原状。

在本发明的一个实施例中，多触点柔性压力传感器还包括绝缘层，所述绝缘层设置在所述下层电极之上，并且包围所述触点阵列的至少一部分侧面，所述触点阵列的厚度大于所述绝缘层的厚度。

在本发明的一个实施例中，所述触点阵列包括聚合物基质以及分散在所述聚合物中的导电颗粒。