[发明专利]柔性压力传感器及其介电层、介电层的制备方法

说明书

提供了一种用于柔性压力传感器的介电层的制备方法，其包括：利用牺牲材料和聚合物基体材料形成固化薄膜；将所述固化薄膜置于牺牲材料去除溶液中以去除所述牺牲材料，从而形成具有三维多孔结构的介电层。还提供了一种由该制备方法制备形成的介电层以及具有该介电层的柔性压力传感器。本发明在介电层的制备过程中通过利用牺牲材料获得具有三维多孔结构的介电层，三维多孔的结构可以使介电层具有更加高的孔隙率，在应力作用下更容易形变，从而具有优异的弹性性能。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体地讲，涉及一种用于柔性压力传感器的介电层及其制备方法、柔性压力传感器。

背景技术

近年来，传感技术逐渐走进人们的生活，尤其是在柔性压力传感器方面，因其具有优异的机械性能和电性能，在可穿戴设备、电子皮肤、人机交互界面等方面发挥着巨大作用，具有重要的研究价值，因此，开发高性能压力传感器至关重要。

在柔性压力传感器中，电容式传感器具有高精度、低功耗、简单制造工艺和良好抗温度能力等优点，其作用机理是：通过施加压力来改变介电层的厚度，从而使介电层产生了电容的变化，并将电容的变化转换成电信号，进而通过电信号来确定压力的大小。

因此，介电层是电容式压力传感器提升灵敏度和压力响应范围等的重要优化对象。柔性压力传感器的介质层通常为聚合物材料，由于材料其本身的弹性性能的限制，不利于介电层随着应力作用的变化发生形变，从而影响了基于所述介电层的压力传感器的灵敏度以及检测范围。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于柔性压力传感器的介电层及其制备方法、柔性压力传感器。

根据本发明的实施例的一方面提供的用于压力传感器的介电层的制备方法，其包括：利用牺牲材料和聚合物基体材料形成固化薄膜；将所述固化薄膜置于牺牲材料去除溶液中以去除所述牺牲材料，从而形成具有三维多孔结构的介电层。

在上述实施例的一方面提供的用于柔性压力传感器的介电层的制备方法中，所述利用牺牲材料和聚合物基体材料形成固化薄膜的方法包括：将所述牺牲材料、陶瓷材料和所述聚合物基体材料均匀分散于有机溶剂中，以形成第一混合溶液；对所述第一混合溶液进行加热，以将所述有机溶剂蒸发去除，从而形成混合物；在所述混合物中加入固化剂以形成固化混合物，并利用所述固化物形成所述固化薄膜。

在上述实施例的一方面提供的用于柔性压力传感器的介电层的制备方法中，所述利用牺牲材料和聚合物基体材料形成固化薄膜的方法包括：将所述牺牲材料均匀分散于有机溶剂中，以形成第二混合溶液；将所述第二混合溶液涂覆于基板上，并对其进行加热，以将所述有机溶剂蒸发去除，从而形成第一薄膜；利用陶瓷材料、所述聚合物基体材料以及固化剂形成预聚物；将所述预聚物涂覆在所述第一薄膜上，以形成所述固化薄膜。

在上述实施例的一方面提供的用于柔性压力传感器的介电层的制备方法中，所述陶瓷材料为钛酸钡纳米线，所述聚合物基体材料包括聚二甲硅氧烷、聚氨酯、聚酰亚胺、聚乙烯醇中的一种，所述牺牲材料为聚苯乙烯微球。

在上述实施例的一方面提供的用于柔性压力传感器的介电层的制备方法中，所述钛酸钡纳米线为经表面修饰的钛酸钡纳米线。

在上述实施例的一方面提供的用于柔性压力传感器的介电层的制备方法中，所述聚苯乙烯微球与所述聚合物基体材料的体积比为2:1～4:1。

在上述实施例的一方面提供的用于柔性压力传感器的介电层的制备方法中，所述陶瓷材料的填充量为所述聚合物基体材料的5wt％～20wt％。

在上述实施例的一方面提供的用于柔性压力传感器的介电层的制备方法中，所述聚合物基体材料与所述固化剂的体积比为10:1。

根据本发明的实施例的另一方面提供的用于柔性压力传感器的介电层，其由上述的制备方法制备形成。