[发明专利]一种兼具高灵敏与宽量程的柔性压力传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种兼具高灵敏与宽量程的柔性压力传感器及其制备方法，首先分别制备表面具有微结构凸起阵列的柔性增敏层、疏松可压缩导电层和叉指电极，然后将疏松可压缩导电层的一侧覆盖在柔性增敏层具有微结构凸起阵列的表面上，将疏松可压缩导电层的另一侧与叉指电极的电极面接触，并使用粘合剂封装，制得兼具高灵敏与宽量程的柔性压力传感器；制得的兼具高灵敏与宽量程的柔性压力传感器，包括柔性增敏层、叉指电极以及柔性增敏层和叉指电极之间的疏松可压缩导电层，疏松可压缩导电层是由超细纤维网络和导电纳米粒子复合构成的具有多级微/纳孔结构的导电层。本发明制备方法简单，适合规模化工业生产，制得的柔性压力传感器兼具高灵敏与宽量程。

技术领域

本发明属于压力传感器技术领域，涉及一种兼具高灵敏与宽量程的柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

柔性压力传感器作为一类十分重要的信息采集电子器件，能够将外界压力的刺激转化为电阻、电容、电流等可以实时观测的电学信号，在电子皮肤、智能机器人、人机接口、医疗诊断与运动行为监测等领域发挥着重要作用，成为当前柔性电子领域的主要研究热点之一。根据传感机理的不同，柔性压力传感器可以分为压阻式、电容式、压电式和摩擦式。其中，压阻式柔性压力传感器具有结构简单、信号易读取和能量消耗低等特点，在可穿戴器件、人机交互等应用领域表现出巨大优势，具有广阔的应用前景。

电阻式柔性压力传感器通常由导电层材料和柔性基底材料组成，其中导电层材料主要是通过滴涂、旋涂、磁控溅射、真空蒸镀等方式将导电纳米材料沉积在柔性薄膜表面形成一层致密的薄膜导电层。为了提高压力传感器的灵敏性，研究者通常在柔性基底材料的表面构筑金字塔形、半球形、圆柱形等微结构的阵列，如文献1(Rational Design ofUltrasensitive Pressure Sensors by Tailoring Microscopic Features)通过3D打印和倒模法制备了弹性基体表面具有不同微结构阵列的柔性压力传感器，研究发现表面微结构的存在可将传感器的压力灵敏性由0.0046KPa^-1提高至1.5KPa^-1，但表面微结构的受压变形很快达到饱和，导致传感器的灵敏性随压力升高迅速降低，其压力监测量程仅为0.3KPa。

如CN 111060238A公开了一种电阻式柔性压力传感器，采用激光刻蚀法在柔性衬底表面构筑多级微结构，并在所述多级微结构表面通过旋涂方式制备均匀致密的导电层。该柔性压力传感器具有较高的灵敏性，在压力范围0～0.5KPa范围内最大灵敏度约为3.2KPa^-1，但是其压力监测量程较低，仅为20KPa，远不能满足实际应用需求。

文献2(Facile Preparation of Hybrid Structure Based on Mesodome andMicropillar Arrays as Flexible Electronic Skin with Tunable Sensitivity andDetection Range)中公开了改善器件的压力监测量程通常会降低其灵敏性，因此，高灵敏与宽量程之间的矛盾是限制柔性压力传感器广泛应用的主要问题之一。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种兼具高灵敏与宽量程的柔性压力传感器及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种兼具高灵敏与宽量程的柔性压力传感器，包括柔性增敏层和叉指电极，还包括柔性增敏层和叉指电极之间的疏松可压缩导电层；

所述疏松可压缩导电层是由超细纤维网络和导电纳米粒子复合构成的具有多级微/纳孔结构的导电层。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种兼具高灵敏与宽量程的柔性压力传感器，多级微/纳孔结构的孔径为100nm～600μm。