[发明专利]一种双层式柔性压力传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种双层式柔性压力传感器及其制备方法，该传感器依次由下柔性基底、下叉指电极层、敏感结构层、上叉指电极层、上柔性基底组成；其中，敏感结构层的上表面设置有带导电层的第一微纳结构，其下表面设置有带导电层的第二微纳结构，第一微纳结构与第二微纳结构在高度上存在显著差异，以此利用高度较小的微纳结构实现高灵敏度测量，利用高度较大的微纳结构实现宽量程测量。本发明中不同高度的微纳结构位于不同表面，避免了微纳嵌套结构加工困难、工艺稳定性和重复性差的问题。本发明的压力传感器具有高灵敏度、宽量程、制备工艺简单和易于产业化等特点。

技术领域

本发明涉及柔性电子传感器技术领域，尤其涉及一种双层式柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

柔性电子是将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性塑料或薄金属基板上的新兴电子技术，柔性电子以其独特的柔性、延展性以及高效、低成本制造工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛的应用前景。

柔性压力传感器是柔性电子中的核心器件，当作用于柔性压力传感器的外力发生变化时，柔性传感器电路中电信号随之变化，从而实现对压力信号实时测量。基于电信号不同，柔性压力传感器可划为压阻式、压电式、电容式柔性压力传感器，其中，压阻式压力传感器因为简单、信号读取容易等特点是目前应用最为广泛的传感器。

敏感单元结构是决定压阻式柔性压力传感器性能的关键，采用微纳结构设计能有效提高传感器灵敏度，但会引起传感器线性量程的降低，从而影响传感器的应用范围。

实现高灵敏度和宽线性量程一直是柔性压力传感器研究的重点，采用多级嵌套结构可以同时实现柔性压力传感器的宽线性量程和高灵敏度，但这种微纳嵌套结构往往采用微电子工艺实现，加工过程困难，存在工艺复杂、成本高、重复性差等问题。

发明内容

针对上述问题，现提供一种双层式柔性压力传感器及其制备方法，旨在提供一种工艺简单、适用于大批量生产，同时兼具高灵敏度及宽量程的双层式柔性压力传感器。

具体技术方案如下：

本发明的第一个方面是提供一种双层式柔性压力传感器，具有这样的特征，包括：

下柔性基底；

上柔性基底，上柔性基底与下柔性基底相对设置；

下叉指电极层，下叉指电极层附着于下柔性基底的内侧；

上叉指电极层，上叉指电极层附着于上柔性基底的内侧；

敏感结构层，敏感结构层上表面设置有第一微纳结构，且敏感结构层的下表面上设置有第二微纳结构，敏感结构设置于下叉指电极层及上叉指电极层之间；

其中，第一微纳结构的高度与第二微纳结构的高度的比值不小于5。

上述的双层式柔性压力传感器，还具有这样的特征，敏感结构层由柔性衬底、上导电层及下导电层组成，上导电层设置于柔性衬底的上表面，下导电层设置于柔性衬底的下表面。

上述的双层式柔性压力传感器，还具有这样的特征，柔性衬底由聚二甲基硅氧烷、热塑性弹性体或硅胶制成。

上述的双层式柔性压力传感器，还具有这样的特征，上导电层及下导电层由碳黑、石墨烯、碳纳米管、纳米银颗粒、银纳米线制成。

上述的双层式柔性压力传感器，还具有这样的特征，下柔性基底及上柔性基底由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷或者聚酰亚胺制成。

上述的双层式柔性压力传感器，还具有这样的特征，下叉指电极层及上叉指电极层由导电性金属材料或非金属导电材料制成。

本发明的第二个方面是提供一种上述双层式柔性压力传感器的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：