[发明专利]一种柔性电容式压力传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种柔性电容式压力传感器及其制备方法，属于柔性传感器领域。该传感器包括：第一电极板、第二电极板、柔性介电层以及静电膜，第一电极板与第二电极板相对设置，且第一电极板与第二电极板的导电膜表面均附着有静电膜，柔性介电层设置于第一电极板与第二电极板之间；其中，柔性介电层是通过将用改性二氧化钛与聚氨酯海绵结合所得的复合材料。本发明通过将结合有改性二氧化钛的聚氨酯作为柔性介电层，与柔性电极加压粘合，从而实现高灵敏度的柔性电容式压力传感器制备，该传感器具备极低检测限，实现了传感器的多功能测量。

技术领域

本发明涉及柔性传感器领域，尤其涉及一种柔性电容式压力传感器及其制备方法。

背景技术

可穿戴外骨骼、监视与侦察传感器、单兵电台、智能机器人等高新技术对于现代化产业的发展是至关重要的，柔性传感器是制约这些技术发展的一个关键性器件。柔性传感器具有尺寸大小可控、重量极轻、环境适应性强等特点，通过对外界的压力变化来感知环境，进而对待测目标产生积极正确的响应，因此可用于脑电波控制、机动设备关键部位的故障诊断、可穿戴外骨骼、智能作战服及智能机器人等领域。同时在柔性显示、VR显示及智能交通、智能家居等相关智能设备也有广泛的市场。

介电层结构的尺寸与活性材料选择是决定柔性传感器灵敏度和稳定性的重要因素。基于微纳结构制备的介电层，受到应力时可以改变介电层的有效介电常数，使测试电容迅速变化，从而提高相应传感器的灵敏度；在柔性材料中复合活性材料进行新型介电层制备，也能使得柔性传感器在使用中可以保持比较高的灵敏度，提升介电层的介电性能，并且在一定压力范围内实现高柔性，进而满足柔性传感器设计的轻质化、小型化、高效化的目标，实现现有材料难以达到的功能及性能。

目前公开日为2019年6月14日公开号为CN109883582A的中国发明专利申请公开文件中提供了一种基于橡胶的柔性电容传感器。该传感器以柔性橡胶为介电层，并对介电层进行表面微结构化处理，通过喷涂工艺制备电容传感器各个层面，以导电橡胶作为传感器的导电极板。其所制备的柔性传感器对应力变化可实现相应响应。该传感器具备一定的柔性基础，结构化的介电层可在一定程度上提高传感器的灵敏度。但该专利存在以下局限：通过在电极层填充镀金属镍的碳纤维刚性材料，虽增强了导电性，但降低了电极层对于实际应用的柔性需求，且传感器响应灵敏度约为0.24kPa^-1，相对数值不高。

鉴于此，本申请提出一种具备高灵敏度的柔性电容式压力传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性电容式压力传感器及其制备方法，本发明通过将结合有改性二氧化钛的聚氨酯作为柔性介电层，与柔性电极加压粘合，从而实现高灵敏度的柔性电容式压力传感器制备，该传感器具备极低检测限，实现了传感器的多功能测量。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种柔性电容式压力传感器，其包括：第一电极板、第二电极板、柔性介电层以及静电膜，所述第一电极板与所述第二电极板相对设置，且所述第一电极板与所述第二电极板的导电膜表面均附着有所述静电膜，所述柔性介电层设置于所述第一电极板与所述第二电极板之间；

其中，所述柔性介电层是通过将改性二氧化钛与聚氨酯海绵结合所得的复合材料；

所述柔性介电层的制备方法包括：

将二氧化钛与硅烷偶联剂按照质量比1～3:20混合，超声处理0.5～1.5h，得到硅烷偶联剂处理后的改性二氧化钛溶液；

将干燥后的所述聚氨酯海绵于所述改性二氧化钛溶液中浸泡2～4min后，于45～55℃下干燥9～11h。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述二氧化钛与所述聚氨酯海绵的质量比为1～3:3。