[发明专利]超灵敏电容式柔性压力传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种超灵敏电容式柔性压力传感器，其特征在于，该超灵敏电容式柔性压力传感器包括上电极层、中间电介质层和下电极层，其中：所述上电极层和下电极层的结构相同，均包括柔性基体材料和镶嵌在该柔性基体材料表面的导电材料；所述中间电介质层的表面具有微凹槽结构，同时该微凹槽结构内部设置有微锥结构，以通过增大中间电介质层与上电极层或下电极层的接触面积，提高所述超灵敏电容式柔性压力传感器的灵敏度；所述中间电介层由具有微锥结构的仿生模板采用离子凝胶制备而成。

2.如权利要求1所述的超灵敏电容式柔性压力传感器，其特征在于，所述上电极层与下电极层的距离为150μm～350μm，所述上电极层和下电极层的厚度为100μm～200μm，所述中间电介质层的厚度为150μm～350μm。

3.如权利要求1所述的超灵敏电容式柔性压力传感器，其特征在于，所述中间电介质层中微凹槽结构的平均半径为40μm～80μm，微锥结构的平均高度为5μm～25μm，微锥结构的线间距为10μm～35μm。

4.如权利要求1～3任一项所述的超灵敏电容式柔性压力传感器，其特征在于，所述柔性基体材料为PDMS、PI、PTFE、PET或ecoflex；所述导电材料为柔性导电聚合物，该柔性导电聚合物的粘度在10Pa·s～100Pa·s之间，电导率高于1×10⁵S/cm，固化温度在100℃～180℃之间。

5.一种超灵敏电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1制备上电极层和下电极层；

S2将表面具有微锥结构的弹性材料浸满离子凝胶溶液，在26℃～28℃下加热使得离子凝胶溶液中的溶剂挥发，从而在具有微锥结构的弹性材料表面形成凹槽，剥离离子凝胶薄膜后制得中间电介质层；

S3将所述上电极层、中间电介质层和下电极层粘结在一起，制得所述超灵敏电容式柔性压力传感器。

6.如权利要求5所述的超灵敏电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤S1具体包括如下子步骤：

S11将牺牲层溶液旋涂在硬质基板上，待所述牺牲层溶液固化后在所述硬质基板上形成牺牲层；

S12在所述牺牲层表面粘贴含有电极图案的掩膜版，在该掩膜版上涂抹柔性导电聚合物，然后撕去所述掩膜版加热至固化，从而在所述牺牲层表面制得具有电极图案的柔性导电聚合物；

S13在含有所述柔性导电聚合物的牺牲层上旋涂柔性基体层溶液，固化后所述柔性导电聚合物镶嵌在柔性基体层表面，将硬质基板放入水中使得所述牺牲层溶解，获得含有所述柔性导电聚合物的柔性基体层，以此制得所述上电极层或下电极层。

7.如权利要求6所述的超灵敏电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤S11中，所述硬质基板为玻璃片、外延片、单晶硅片、多晶硅片、载玻片或石英片；所述牺牲层溶液为聚乙烯醇溶液；步骤S12中，所述掩膜版为PVC薄膜、墙纸或透明胶带。

8.如权利要求5所述的超灵敏电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述离子凝胶采用聚偏二氟乙烯-六氟丙烯和/或1-乙基-3-甲基咪唑鎓双三氟甲基磺酰基酰亚胺；所述弹性材料为共聚酯化合物、硅基聚合物、硅胶类化合物或橡胶类化合物。

9.如权利要求5～8任一项所述的超灵敏电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤S2中表面具有微锥结构的弹性材料的制备方法为：将表面具有微锥结构的树叶粘贴到基板上，将弹性材料倒在所述树叶表面静置直至固化，然后从该树叶表面剥离所述弹性材料，以此获得具有微锥结构的弹性材料。