[发明专利]一种柔性压力传感器及其制造方法

说明书

本发明提供了一种柔性压力传感器以及相应的制造方法，相对于现有的一些具有锥形或球形微阵列结构的触觉(压力)检测器件，在不损失自身功能的前提下明显降低了传感器厚度。针对不同应用领域的需要，本发明所提供的柔性压力传感器可以被制造成具有特定的曲度，以适应各种异形安装面的共形设置，通过调节电容阵列如密度等的排布方式，也可提供不同的灵敏度与分辨率指标，从而大大拓宽了其未来潜在的应用范围。本发明的制造方法相对于现有技术，省略了制备纳米管薄膜或微凸起结构等的复杂工艺，较好地保证了良率。全过程都可采用现有的商业化设备，而不需要对现有设备改造或升级，从而能够降低生产成本。

技术领域

本发明涉及柔性压力传感检测技术领域，尤其涉及一种具有PDMS薄膜结构的柔性压力传感器。

背景技术

相对于传统半导体基的压力传感器来说，新型的柔性压力传感器能够明显改善其刚性和不可弯曲性的缺点，从而大大拓宽了压力传感器在多种触觉检测场景，尤其是在可穿戴和可植入智能电子设备等新兴技术领域的应用。

然而，现有的一些适用于触觉检测的柔性压力传感器在制造过程中尚存在一些较为明显的问题与缺陷。比如，专利申请CN108225625A中提供了一种柔性压力传感器的制备方法，首先是制备圆锥形微阵列结构的PDMS薄膜；对碳纳米管粉末进行预处理；制备预制碳纳米管薄膜；从所述预制碳纳米管薄膜剥离出碳纳米管薄膜；将所述碳纳米管薄膜风干；将所述碳纳米管薄膜置于所述圆锥形微阵列结构的PDMS薄膜上，并在180-220℃温度下加热20-40分钟；制备半固化平滑PDMS薄膜；将所述半固化平滑PDMS薄膜贴合在所述碳纳米管薄膜和圆锥形微阵列结构的PDMS薄膜上，并在70-90℃温度下加热20-30分钟，得到柔性压力传感器。可以看出这种制备过程极为繁琐，在一定程度上会对大规模生产产生制约。专利CN106092386B中提出的柔性压力传感器的制造过程虽然比较简化，有利于大规模批量化生产的目的，但其与常见的诸多触觉传感器一样，还无法实现对压力源物体类型的识别，也限制了触觉检测进一步向仿生化、智能化的高级阶段的发展。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种适用于触觉检测的柔性压力传感器，包括：

两层相同形状的PDMS柔性衬底层；

每层所述PDMS柔性衬底层上以相同的排列方式间隔设置多个平面图案化电极区。比如，可在每个形状相同的PDMS柔性衬底层上的多个相同位置，以相同的规律或者随机性地设置上述平面图案化电极区；

每个所述平面图案化电极区均设置有电极引线；

每层所述PDMS柔性衬底层的一个面上还具有一层PDMS膜。通过该PDMS膜，使得不同的PDMS柔性衬底层之间对应的平面图案化电极区能够相互分离，以构成多个电容结构；不同PDMS柔性衬底层上不具有平面图案化电极区的对应部分则可相互贴附。

上述柔性压力传感器在受到外部接触压力刺激时，其中的多个电容结构响应于压力而产生电容的变化，从而可以生成相应的压力检测信号。根据胡克定律可知：材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系，此比例系数称为弹性模量。在此基础上，通过本发明所提供的柔性压力传感器，在对接触物体所施加的压力实现检测的同时，也能够借助于多个平面图案化电极区组成的微电容阵列，对接触物体发生的应变进行检测，由此即可计算出该物体材料的弹性模量，并进一步达到识别对应的材料与物体种类的目的。当然，实现这种识别可能还需要与必要的信号传输、运算处理等硬件或软件的配合，在检测前对本发明所提供的柔性压力传感器进行相应的标定过程也是不可或缺的，通过弹性模量识别物体可采用查表等的多种方式，但这都是本领域技术人员基于本发明构思在不付出创造性劳动地前提下容易实现的。

故利用本发明所提供的柔性压力传感器，还可提供以下接触压力检测与接触物体识别方法，具体包括以下步骤：

步骤一、检测所述接触物体与所述柔性压力传感器接触时施加的压力；