[发明专利]一种柔性应力传感器及其制备方法

说明书

本发明的一种柔性应力传感器，包括应变感应层、电极和柔性封装层，应变感应层与电极电连接，柔性封装层包裹应变感应层、电极，电极包括银浆和导线，导线的一端通过银浆粘接在应变感应层上，导线的另一端被引至柔性封装层的外部。柔性应力传感器的制备方法，包括以下步骤：将石墨烯墨水涂覆到下层柔性聚合物基底上，待石墨烯墨水自然风干成石墨烯薄膜；在石墨烯薄膜的两端分别涂覆银浆，将导线的一端粘接在石墨烯薄膜的一端涂覆的银浆上、将导线的另一端引至柔性封装层的外部；柔性聚合物基底对自然风干后的石墨烯薄膜和电极进行绝缘封装。本发明成本低廉且简单易行，耐用性好，不论尺寸大小均能够适应规模化生产。

技术领域

本发明属于传感器领域，具体涉及一种柔性应力传感器及其制备方法。

背景技术

近年来，随着柔性可穿戴电子的不断发展，柔性应力传感器作为柔性可穿戴设备的基本检测单元，得到了有效的发展。柔性应力传感器具有可测应变范围大、灵敏度高、稳定、加工便捷等特性。然而，可测应变范围和灵敏度之间存在矛盾，当传感器的可测应变范围足够大时，其对微小应力的响应灵敏度往往不佳；而当传感器的灵敏度较高时，往往在大于30％的应变下，超出传感器的可测量范围。因此，如何解决可测应变范围和灵敏度之间的矛盾，同时实现宽应变范围和高灵敏度成为当下研究柔性应力传感器的难点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种柔性应力传感器及其制备方法，本发明能够实现较大应变范围和高灵敏度、规模化应用，本发明的传感器可以应用在人体生理监测、柔性电子设备等众多领域。

本发明采用以下技术方案：

一种柔性应力传感器，其特征在于，所述传感器包括应变感应层(1)、电极和柔性封装层，所述应变感应层(1)与所述电极电连接，所述柔性封装层包括上层柔性聚合物基底(2)和下层柔性聚合物基底(3)，所述柔性封装层包裹所述应变感应层(1)、所述电极，所述电极包括银浆(4)和导线(5)，所述导线(5)的一端通过银浆(4)粘接在所述应变感应层(1)上，所述导线(5)的另一端被引至所述柔性封装层的外部。

根据上述的柔性应力传感器，其特征在于，所述应变感应层(1)是由石墨烯墨水涂覆得到的具有多层结构的石墨烯薄膜，所述石墨烯墨水由高导电薄层石墨烯微片组成。

根据上述的柔性应力传感器，其特征在于，所述高导电薄层石墨烯微片的片径为1-5μm。

根据上述的柔性应力传感器，其特征在于，所述柔性封装层由高分子聚合物铂催化硅橡胶制成。

根据上述的柔性应力传感器，其特征在于，所述柔性应力传感器的灵敏度系数为592-715，所述柔性应力传感器拉伸时的应变范围为50％-65％。

一种基于上述的柔性应力传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤(一)：将石墨烯墨水涂覆到下层柔性聚合物基底上，待石墨烯墨水自然风干成石墨烯薄膜；

步骤(二)：在石墨烯薄膜的两端分别涂覆银浆，取第一导线和第二导线，将第一导线的一端粘接在石墨烯薄膜的一端涂覆的银浆上、将第一导线的另一端引至柔性封装层的外部；将第二导线的一端粘接在的石墨烯薄膜的另一端涂覆的银浆上、将第二导线的另一端引至柔性封装层的外部；

步骤(三)：采用上层柔性聚合物基底对自然风干后的石墨烯薄膜和电极进行绝缘封装；绝缘封装包括以下过程：将第一导线的一端粘接在石墨烯薄膜的一端涂覆的银浆上后在65℃-75℃干燥30min-60min，将第二导线的一端粘接在的石墨烯薄膜的另一端涂覆的银浆上后在65℃-75℃干燥30min-60min；将柔性封装层材料制备成柔性封装层材料溶液；将柔性封装层材料溶液固化15min-30min后将石墨烯薄膜、银浆和导线进行封装，固化后脱模得到柔性应力传感器。