[发明专利]柔性压力敏感层、压力传感器、可穿戴电子设备及制备方法

说明书

本申请公开一种柔性压力敏感层、压力传感器、可穿戴电子设备及制备方法，所述柔性压力敏感层具有规则的毫米级尺寸的凸起结构，这些凸起结构为压力传感器提供规则的气隙结构，使得压力传感器具有较高的灵敏度。在本申请利用表面设有格栅的模板制备柔性压力敏感层，现有制造手段足以满足毫米级尺寸的格栅的形状和尺寸精度，因此制备柔性压力敏感层的过程严格可控，用此方法制备出的柔性压力敏感层的表面结构可重复性高，从而保证了压力敏感层的性能稳定。进而解决了现有技术中电容式柔性传感器性能不稳定及制造工艺复杂的技术问题。

技术领域

本申请涉及柔性压力传感器技术领域，具体而言，涉及柔性压力敏感层、压力传感器、可穿戴电子设备及制备方法。

背景技术

近年来，柔性电子设备在可穿戴电子设备、电子皮肤、人机交互和机器人等领域中具有巨大应用前景。其中柔性传感器是柔性电子设备中的重要单元，柔性传感器是以柔性导电复合材料为基础进行电路设计组装而成。在力、温度、光和化学信号等外加刺激下，柔性传感器的电学性能发生变化进而实现了对外加信号的响应及传感功能。柔性导电复合材料是指在柔性基体中加入导电材料，柔性导电复合材料制备的柔性传感器拥有良好的弹性和导电性。目前，针对柔性力学传感器(电容/电阻)的研究很多，但存在传感灵敏度低、测试范围有限、加工制备工艺可重复性低以及制备的样品性能可重复性低等局限。

专利文献CN110346078A(申请日期2019年7月30日，公开日期2019年10月18日)公开了一种电容型柔性压力传感器及其制备方法和应用。其公开的电容型柔性压力传感器包括：固态聚二甲基硅氧烷层、位于固态聚二甲基硅氧烷层的顶面的上电极层和位于固态聚二甲基硅氧烷层的底面的下电极层，固态聚二甲基硅氧烷层的材质为聚二甲基硅氧烷，固态聚二甲基硅氧烷层由一平板状结构和连接在该平板状结构的顶端的聚二甲基硅氧烷微柱阵列组成，其提出利用聚碳酸酯模板法制备电容型柔性压力传感器，制备的灵敏度达到5.8kPa^-1。该技术方案存在以下特点或局限：1)样品的可重复性差，平板状结构的顶端的聚二甲基硅氧烷微柱阵列是一种微小的结构，微柱的密度相差较大无法保证其可重复性；2)制备时间过长，制备介电层微结构及电极层固化时间需要数个小时；3)制备过程中用到有毒试剂。

专利文献CN111562038A(申请日期2020年6月16日，公开日期2020年8月21日)提供一种柔性电容式压力传感器及柔性电容式压力阵列传感器，该柔性电容式压力传感器包括依次设置的上柔性基底、上电极、上绝缘胶层、压力敏感层、下绝缘胶层、下电极和下柔性基底。上柔性基底和下柔性基底为蚕丝膜或蚕丝/聚氨酯复合膜。压力敏感层为掺杂导电填充物的弹性体复合薄膜。通过导电填充物的加入使得压力敏感层的介电常数大大提高，介电常数在受压条件下发生改变，得到的压力传感器的灵敏度也有较大的提高。该技术方案存在以下特点或局限：1)制备的压力敏感层为平板结构，平板结构的压力敏感层相较而言灵敏度低；2)电极层为金属材料，非柔性结构且容易与介电层发生脱落；3)7层结构的制备工艺复杂，可重复性差。

专利文献CN110701992A(申请日期2019年10月10日，公开日期2020年1月17日)提供了一种以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法。该发明在硬质玻璃基板上制造敏感层和电极结构后再进行分离，可以获得较低的传感器厚度，以及具有更好的柔性，易于将传感器安装在关节、皮肤、骨骼等复杂曲面。采用成熟的柔性电路板(FPCB)技术制造表面有电极的聚酰亚胺(PI)薄膜作为电极层。但该专利存在以下局限：1)由于砂纸的差异，利用砂纸形成的介电层微结构可重复性差；2)电极层为商业导电聚亚酰胺材料，制备成本高。