[发明专利]一种基于褶皱与裂纹结构的柔性压力传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于褶皱与裂纹结构的柔性压力应变传感器，其特征在于，包括基体和附着于基体上的导电层，基体上有裂纹结构和两级褶皱结构，所述两级褶皱结构的尺度为纳米级和微米级，裂纹结构垂直于褶皱结构，基体为聚二甲基硅氧烷固化体薄片，导电层采用纯金属，导电层面对面贴合或导电层上贴合一层基体。

2.根据权利要求1所述的基于褶皱与裂纹结构的柔性压力应变传感器，其特征在于，聚二甲基硅氧烷固化体薄片，厚度不超过0.8mm-1.5mm。

3.根据权利要求1所述的基于褶皱与裂纹结构的柔性压力应变传感器，其特征在于，所述纯金属为Ag、Au、Cu或Pt。

4.根据权利要求1所述的基于褶皱与裂纹结构的柔性压力应变传感器，其特征在于，两级褶皱结构的尺度为827.6±47.3nm和3.40±0.17μm；裂纹结构为平行裂纹结构和网格裂纹结构。

5.一种基于褶皱与裂纹结构的柔性压力应变传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：制备聚二甲基硅氧烷薄片作为基体，将所述基体拉伸至应变达到30％-40％后，进行第一次氧等离子体处理；

步骤2：对基体释放拉伸应变的一半，进行第二次氧等离子体处理后，再释放全部应变；

步骤3：在氧等离子体处理后的聚二甲基硅氧烷表面沉积一层导电薄膜，即得到柔性压力传感器所需的材料体系；

步骤4：将两个电极分别粘在两片样品长边的边缘，两样品以面对面的方式进行组装，电极接入电路；或者将两个电极分别粘在同一样品长边的两端，样品上方放置尺寸同样但未经处理的PDMS薄片。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1中聚二甲基硅氧烷薄片，首先将聚二甲基硅氧烷前体与固化剂按质量比10:1混合均匀，经30min脱气处理后倒入模具中进行干燥固化，将已固化的聚二甲基硅氧烷薄片剥离。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1和步骤2氧等离子处理的时间分别为5min和40min，功率均为50W，气流量为8sccm，经两次氧等离子处理后，PDMS基体表面出现垂直于拉伸方向的两级褶皱结构和平行于拉伸方向的裂纹结构。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，在经过氧等离子处理后的PDMS表面采用直流磁控溅射技术制备导电层薄膜，导电层为Ag、Au、Cu或Pt，当采用Ag时，其中Ag靶纯度99.99wt％，沉积速率为0.42nm/s；所得Ag薄膜厚度为50nm。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4中两片样品按其表面结构互相平行的方向面对面放置，所用电极为直径0.1mm银丝，用导电银胶分别粘在上下两片样品的左右两侧，或者所得传感器与传感器尺寸相同但未经处理的PDMS薄片面对面放置，直径为0.1mm的银丝用导电胶粘在样品的两侧作为电极。

10.基于权利要求5-9任一项所述制备方法得到的柔性压力应变传感器的工作方法，其特征在于，传感器将褶皱结构和裂纹结构相结合，实现在三种工作模式下工作：第一种模式为褶皱结构主导的高灵敏性压力传感器，其具有高灵敏度可达9.6kPa^-1；第二种模式为褶皱结构和裂纹结构共同主导的较高灵敏性及大压力探测范围的压力传感器；第三种模式为裂纹结构主导的具有超大应力探测范围的压力传感器。