[发明专利]一种柔性传感器界面及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性传感器界面，所述柔性传感器界材料包括高分子聚合物和磁性颗粒，所述柔性传感器界面结构包括基底层，以及基底层上生长的凸起微结构。该柔性传感器界面具有特定凸起结构，使得所述柔性传感器界面具有较高的压力检测灵敏度。本发明还公开了一种柔性传感器界面的制备方法，包括：将磁性颗粒与高分子聚合物混合均匀得到混合物；将所述混合物放置于磁场中，得到混合物表面的凸起微结构，静置0.5‑3h后，得到柔性传感器界面。该方法制备方法简单，对环境友好，且能够很好的控制界面表面微结构。

技术领域

本发明属于柔性传感器技术领域，具体涉及一种柔性传感器界面及其制备方法。

背景技术

近年来，柔性电子设备在可穿戴电子设备、电子皮肤、人机交互和机器人等领域中具有巨大应用前景。其中柔性传感器是柔性电子设备中的重要单元，柔性传感器是以柔性导电复合材料为基础进行电路设计组装而成。在力、温度、光和化学信号等外加刺激下，柔性传感器的电学性能发生变化进而实现了对外加信号的响应及传感功能。

随着对柔性传感器越来越深入的研究，柔性电子为实现人机交互、健康监测、可穿戴电子以及人工智能等方面做出了突出的贡献。在柔性传感器的应用中，众多物理信号，例如：温度、湿度、压力、光以及一些生理参数都被转换为电信号。

目前，针对柔性力学传感器(电容/电阻)的研究很多，但存在传感灵敏度低、测试范围有限、加工制备工艺可重复性低以及制备的样品性能可重复性低等局限。广泛的应用场景使得人们对于柔性传感器的要求不断提高，更高的灵敏度就是其中要求之一。

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。但该类型柔性压力传感器的表面微结构的调控性较差，从而影响该类型传感器的灵敏性。

在柔性压力传感器领域，往往通过微加工工艺制备微结构来提高灵敏度。最初研究者通过激光刻蚀、离子刻蚀以及化学刻蚀等方法制备相应微结构的硅模板。后来发现具有表面微凸起结构的植物可以直接用作软光刻模板。相较于光刻工艺，该工艺更加简便，但得到的微结构具有不可重复和不可调控的不足。

发明内容

本发明提供一种具有较高灵敏度的柔性传感器界面，本发明还提供了所述柔性传感器界面的制备方法，制备方法能够准确调控所述柔性传感器界面的微结构。

一种柔性传感器界面，所述柔性传感器材料包括高分子聚合物和磁性颗粒，所述柔性传感器界面结构包括基底层，以及基底层上生长的凸起微结构。

利用磁性材料与凸起微结构的协同作用，使得所述柔性传感器界面具有较高的灵敏度。灵敏度是因为有凸起结构而提高的。而突起结构是因为有磁性颗粒在磁场下沿着磁感线的排布形成的。通过该工艺制备的界面结构常用于电容式压力传感器中。电容式传感器的原理类似于平行板电容器的原理，电容的公式可以用表示。通过公式可以得出改变参数d可以使得电容变化。而通过设计界面结构，可以使得在相同外力作用下，电容式压力传感器的d变化更明显，电容值C变化值更大，从而提高传感器灵敏度。

所述的高分子聚合物为弹性高分子，进一步的，所述弹性高分子包括聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚氨酯、硅胶中的任意一种。所述的高分子聚合物具有一定的形变能力且可拉伸，在磁场和磁性颗粒的作用下，发生形变，形成微结构。

所述的磁性颗粒为顺磁性材料，进一步的，所述顺磁性材料包括铁粉、镍粉、四氧化三铁粉、三氧化二铁粉或银包镍粉。