[发明专利]用于动静态协同检测的压电-压阻柔性传感器及制备方法

说明书

本发明提供一种用于动静态协同检测的压电‑压阻柔性传感器及其制备方法，包括：用于采集多点动态压电信号的压电单元和用于采集静态或低频压阻信号的压阻单元，其中，压电单元包括第一电极阵列层、压电敏感层和第二共电极层；压阻单元包括压阻敏感层、上下封装层以及对称设置于压阻敏感层两侧的第一电极、第二电极；压电单元的第二共电极层的下表面与压阻单元的上封装层的上表面键合，使压电单元与压阻单元键合为一整体结构。本发明使压电与压阻效应统一在单一器件中，利用压电单元对高动态压力行为的敏感性与压阻单元对静态及低频压力行为的适用性，通过信号实时抓取与分析即可实现单一柔性触觉传感器同时用于动静态协同检测的领域。

技术领域

本发明涉及柔性触觉传感器领域，具体地，涉及一种用于动静态协同检测的压电-压阻双机制柔性传感器。

背景技术

随着智能终端的普及，柔性电子设备由于其在人机交互和软机器人等领域的潜力而蓬勃发展，在这其中，柔性触觉传感器因其在电子皮肤、医疗保健等领域的广泛应用，具有广阔的市场前景。触觉传感器是模仿人皮肤的触觉感知功能，通过传感器与被测物体的相互接触，或者传感器本身承受到的特定变形来完成对被测物物性的感知或者施加者动作行为本身的监测。

从作用机理上来讲，目前被研究与应用最多、最普遍的柔性触觉传感器分别是压电式与压阻式传感器。压电式触觉传感器依赖于压电效应，在压电材料中，当受到某固定方向外力的作用时，材料中偶极子在外界压力作用下重新定向排列并在内部形成电极化现象，导致在晶体上下表面产生与施加压力成比例的相反电荷。当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变。通常用于柔性压力传感器的压电材料包括聚丙烯，PVDF，和P(VDF-TrFE)等。类似地，压阻式触觉传感器依赖于压阻效应，这种效应发生在材料的电阻响应随着施加压力的变化而产生规律变化。通常用于压阻式柔性传感器的活性材料主要是基于含有导电填料的弹性体复合材料，如石墨烯，碳纳米管，金属颗粒，和导电聚合物，它们被加入到弹性体(如PDMS和聚氨酯)中以产生压阻性能。

由于简单、可扩展、大面积和低成本的制造工艺以及良好柔韧性，延展性，机械稳定性和高灵敏度的综合优势，基于这两种机理的柔性触觉传感器受到人们的广泛研究。通常，由于压电式传感器与压阻式传感器分别在动态监测和静态检测中各自的优势，人们已经在提高单个压电或压阻传感器的性能方面进行了很多工作。然而，受单一机制的限制，压电式触觉传感器通常无法实现静态测量，并且在低频下具有相对较差的灵敏度和可靠性。相反，柔性压阻式触觉传感器通常具有较差的动态响应能力。因此，这两种传感器都很难满足单个柔性压力传感器在全频率范围内实现高动态和静态检测能力的要求，同时，如何利用最简化的工艺实现触觉传感器的多点式检测，提高制备效率与检测精度，也是这一领域面临的一个重要难题与挑战。

经对现有技术文献专利的检索发现，申请号为202011035525.0的中国专利，该专利公开了一种压电压阻复合式触觉传感器，该传感器也是包含压电层与压阻层，但是，压电层上下电极均是面电极，无法实现多点式阵列检测，另外一个缺点是压阻层的电极设计以上下结构布置，一方面对压阻敏感层表面的平整度要求很高，提高了制备工艺难度，另一方面，在沉积上下电极时，由于压阻敏感层多孔化的结构缺陷，很容易造成上下电极导通，致使器件失效。

基于以上观点，一种工艺简单、成品率高，可定制化阵列结构设计的面向多点式动静态检测的柔性触觉传感器亟需被开发。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于动静态协同检测的压电-压阻柔性传感器及制备方法。

本发明第一个方面提供一种用于动静态协同检测的压电-压阻柔性传感器，包括：

用于采集多点动态压电信号的压电单元，所述压电单元包括第一电极阵列层、压电敏感层和第二共电极层，其中，所述第一电极阵列层设置于所述压电敏感层的上表面，所述第一电极阵列层由若干呈阵列式分布的电极点组成；所述第二共电极层设置于所述压电敏感层的下表面；