[发明专利]一种具有串联结构的柔性压力传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有串联结构的柔性压力传感器及其制备方法，属于压力传感器技术领域。解决了现有技术中的柔性压力传感器的线性响应范围小的技术问题。本发明的柔性压力传感器，包括第一弹性体薄膜、第二弹性体薄膜、第一导电层、第二导电层和导线；第一导电层、第二导电层分别沉积在第一弹性体薄膜、第二弹性体薄膜的表面，且相对放置，第一导电层上的每个第一导电区域和第二导电层上两个相邻的第二导电区域接触。该柔性传感器具有更为宽泛的线性范围，并且线性范围可以通过导电区域的数量调节，且能够通过调整导线的方向在同侧或异侧，可以更为灵活的设计连接和输出电路。

技术领域

本发明属于压力传感器技术领域，具体涉及一种具有串联结构的柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

柔性压力传感器具有轻、薄、柔的特点，在可穿戴电子器件和复杂表面压力测试方面具有十分广阔的应用前景。基于接触电阻变化的压阻型柔性压力传感器具有结构和制备方法简单、灵敏度高、检测范围广、信号易读取和能量消耗低等特点，是柔性压力传感器的重要类型之一。该类型柔性压力传感器一般由具有表面微结构的柔性薄膜，以及沉积在其表面的导电层(如碳纳米管、金属纳米线、石墨烯、金属层、导电聚合物等材料及其复合材料)构成，传感器件通常基于“面对面”器件结构，利用微结构形变改变其接触面积和导电层的接触电阻，最终实现压力和电学信号的转换。实现具有宽线性响应范围(100kPa)和高灵敏度的柔性压力传感器件，是该领域需要解决的重要问题。

除了表面微结构之外，器件的电学特性是影响柔性压力传感器灵敏度和线性测量范围等性能的关键因素。在“面对面”结构的柔性压力传感器中，传感器的总电阻包含导电层间的接触电阻以及导电层本身的寄生电阻。在传感器上施加压力时，微结构会发生挤压变形，此时导电层间的接触面积随压力增大而增加，而导电层本身的寄生电阻基本保持不变。在“面对面”结构的柔性压力传感器中，接触电阻随着压力迅速减小，接近甚至小于寄生电阻的阻值，因此极大的减小了柔性压力传感器电阻随压力变化的幅度，极大的降低了柔性压力传感器的敏感度和线性测量范围。基于上述原因，现有技术中的基于“面对面”结构的柔性压力传感器的线性响应范围较低，最大仅能达到20kPa。因此，发展新型柔性压力传感器结构，调节柔性压力传感器的寄生电阻和接触电阻，对于实现高灵敏度和宽线性响应范围的柔性压力传感器，推进柔性压力传感器在可穿戴电子器件、人机交互接口以及电子皮肤等领域的应用至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有串联结构的柔性压力传感器及其制备方法，该柔性压力传感器可以调节寄生电阻和接触电阻的相对大小，有效提高柔性压力传感器的线性响应范围。

本发明实现上述目的所采取的技术方案如下。

本发明提供一种具有串联结构的柔性压力传感器，包括第一弹性体薄膜、第二弹性体薄膜、第一导电层、第二导电层和导线；

所述第一弹性体薄膜和第二弹性体薄膜均具有表面微结构；第一导电层沉积在第一弹性体薄膜具有表面微结构的表面上，且通过N条分隔线分割为M个相互独立的第一导电区域；第二导电层沉积在第二弹性体薄膜具有表面微结构的表面上，且通过P条分隔线分割为Q个相互独立的第二导电区域；第一导电层和第二导电层相对放置，且每个第一导电区域均接触相邻的两个第二导电区域；导线为两根，两根导线的一端分别连接第一弹性体薄膜或第二弹性体薄膜的两端，或者一根导线的一端连接第一弹性体薄膜的一端，另一根导线的一端连接第二弹性体薄膜的一端；

所述N≥1，M≥2，P≥0，Q≥1。

进一步的，分割第一导电层的分割线相互平行，且垂直于第一弹性体薄膜的长度方向，相邻的分割线的间距均相等；分割第二导电层的分割线相互平行，且垂直于第二弹性体薄膜的长度方向，相邻的分割线的间距均相等；第一导电层和第二导电层的分割线平行。

进一步的，所述分割线的间距均为300μm-10mm，分割线的宽度均为5μm-200μm。