[实用新型]可贴敷立式微电容式柔性力学传感器及电路系统

说明书

本实用新型公开了一种可贴敷立式微电容式柔性力学传感器及及电路系统。该电容式柔性力学传感器包括柔性衬底、敏感层以及至少两个电极，敏感层设置在柔性衬底的表面；敏感层包括设置在柔性衬底表面的电容微极板以及设置在电容微极板表面的纳米线导电网络层，电容微极板包括分别具有第一螺旋结构、第二螺旋结构的第一电容微极板、第二电容微极板，第一螺旋结构、第二螺旋结构配合形成三维立体双螺旋状微纳结构，第一电容微极板与第二电容微极板之间还分布有聚合物介电层。本实用新型提供的柔性力学传感器中的电容微极板因采用了仿指纹“涡纹”微纳结构，可实现对压力、剪切力较高灵敏度的选择性响应，同时还具有高精度、高可靠性、长寿命等优。

技术领域

本实用新型涉及一种力学传感器，特别涉及一种可贴敷立式微电容式柔性力学传感器及电路系统，属于微机电技术领域。

背景技术

近年来假肢技术虽然有了很大发展，但假肢的拒用和弃用率仍然很高，主要原因是缺乏安全且有效的触觉感知反馈与仿生柔顺控制功能。作为感知信息来源的最前端触觉传感器，其信号检测的精准性、辨识度及与人体生理信号融合性，是佩戴者能通过后端神经反馈通道建立类自然人手柔顺抓、握、扭等基本控制动作的信息基础，成为领域内一个研究重点。近年随着柔性电子技术的兴起与快速发展，利用柔性电子传感器轻、薄及与曲面良好共形等优点，让假肢手实现类似人体柔性皮肤的自然触觉感知功能成为可能。

目前柔性电子传感器研究主要是针对压力传感灵敏度、稳定性等，但解决触感位置及触觉模式的有效分辨问题，尤其是对压力和剪切力(即静摩擦力、滑动摩擦力)的精确辨识，是柔性传感器领域重要挑战。已报道研究工作，主要采用压力传感阵列并辅助以信号处理技术，存在采集数据量大且直观性差、信号处理模式复杂等问题，这对于在仿生假肢手或机器人仿生皮肤应用而言过于复杂，无法直接应用在假肢手感知。能够区分压力、剪切力的单一柔性传感器件目前还没有相关报道，这就是一个挑战，其原因在于一般报道柔性力学传感器所采用敏感材料或微纳结构对压力和剪切力的响应模式或方式是完全相同的。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种可贴敷式具有仿指纹“涡纹”微纳结构的立式微电容式柔性力学传感器及电路系统，从而克服现有技术中的不足。

为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型实施例一方面提供了一种可贴敷立式微电容式柔性力学传感器，其包括柔性衬底、敏感层以及至少两个电极，所述敏感层设置在柔性衬底的表面，所述至少两个电极间隔设置在敏感层上；

其中，所述敏感层包括设置在柔性衬底表面的电容微极板以及设置在所述电容微极板表面的纳米线导电网络层，所述电容微极板包括分别具有第一螺旋结构、第二螺旋结构的第一电容微极板、第二电容微极板，所述第一螺旋结构、第二螺旋结构配合形成仿指纹涡纹的三维立体双螺旋状微纳结构，所述第一电容微极板与第二电容微极板之间还分布有聚合物介电层。

进一步的，所述第一电容微极板、第二电容微极板的高度为10～50μm，宽度为5～20μm，螺旋圈数为10～50圈，且第一电容微极板与第二电容微极板之间的间距大于30μm而小于或等于100μm。

进一步的，所述纳米线导电网络层包括由复数根金属纳米线相互交织形成的具有三维网状互联结构的金属纳米线三维网络导电薄膜。

更进一步的，所述金属纳米线包括银纳米线、铜纳米线、金纳米线、镍纳米线的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

更进一步的，所述金属纳米线三维网络导电薄膜的厚度为2～10μm。

进一步的，所述柔性衬底、敏感层与聚合物介质层结合为一体，所述纳米线导电网络层与电容微极板表面形成连续一体化界面结构。

进一步的，所述电极为电极线，所述电极线的一端与纳米线导电网络层电性结合，另一端由所述纳米线导电网络层表面引出。