[发明专利]柔性压力传感器及其制备方法、可穿戴设备

说明书

本发明涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种柔性压力传感器及其制备方法、可穿戴设备。柔性压力传感器包括叉指电极层、压感层及位于叉指电极层与压感层之间的粘附层；叉指电极层相邻叉指间的距离有任意一种关系：（a）由叉指电极层中心向外，相邻叉指间的距离从0.2mm~0.6mm逐渐增大至0.6mm~1.2mm；（b）由叉指电极层中心向外，相邻叉指间的距离从0.6mm~1.2mm逐渐减小至0.2mm~0.6mm；压感层中石墨烯的质量百分含量为0.6%~2%，粘附层的中部留空将叉指电极层与压感层的边缘部位粘接以使叉指电极层与压感层之间形成气腔，粘附层还有缺口以使气腔与外界连通。传感器检测灵敏度较高。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种柔性压力传感器及其制备方法、可穿戴设备。

背景技术

柔性传感器由于具有良好的柔韧性、可自由弯曲甚至可折叠、便于携带等特点，能够适应较为复杂的应用场景。在健康管理、医疗、运动科学等领域均具有广阔的应用前景。目前研究者多采用电阻式、电容式、压电式、摩擦电式等传感机制以制备高灵敏度的压力传感器。其中，电阻式传感器由于制备工艺简单、信号易读取、具有高灵敏性以及快速响应时间和低成本等优点，受到研究者的广泛关注。传统的柔性压阻传感器多数是在具有微纳结构的聚合物基底作表面导电涂层或者将导电填料复合到聚合物框架中，实现不同压力下导电路径的变化，从而达到电信号的输出。但是微纳结构的设计与加工增加了传感器的制备工序与制造成本，同时该技术主要是针对微小形变下的灵敏度提升，限制了传感器的检测范围。而将导电填料复合到聚合物（如橡胶等）基体中作为压力传感层的传感器一般适用于检测较大的形变，检测范围受限且灵敏度低，限制了其应用范围。同时由于聚合物的粘弹性和蠕变行为，导致传感器的响应时间存在滞后问题，当施加较大作用力后，传感器的恢复时间较长，且不能恢复到初始阻值，具有较慢的响应时间和较差的稳定性。

发明内容

基于此，本发明提供了一种能够提高检测灵敏度和拓宽检测范围的柔性压力传感器及其制备方法、可穿戴设备。

本发明一方面，提供一种柔性压力传感器，包括叉指电极层、压感层及位于所述叉指电极层与所述压感层之间的粘附层；

所述叉指电极层中相邻叉指间的距离具有以下任意一种关系：

（a）由所述叉指电极层中心向外，相邻叉指间的距离从0.2mm~0.6mm逐渐增大至0.6mm~1.2mm；

（b）由所述叉指电极层中心向外，相邻叉指间的距离从0.6mm~1.2mm逐渐减小至0.2mm~0.6mm；

所述压感层中石墨烯的质量百分含量为0.6%~2%，所述粘附层的中部留空，将所述叉指电极层与所述压感层的边缘部位粘接以使所述叉指电极层与所述压感层之间形成气腔，所述粘附层还具有缺口，以使所述气腔与外界连通。

可选的，如上述所述的柔性压力传感器，所述叉指电极层中相邻叉指间的距离具有以下任意一种关系：

（a）由所述叉指电极层中心向外，相邻叉指间的距离为先0.2mm~0.6mm，再0.6mm~1.2mm，且叉指电极对的对数比为（1~5）:（1~5）；

（b）由所述叉指电极层中心向外，相邻叉指间的距离为先0.6mm~1.2mm，再0.2mm~0.6mm，且叉指电极对的对数比为（1~5）:（1~5）。

可选的，如上述所述的柔性压力传感器，所述叉指电极层的厚度为0.02mm~0.2mm，所述压感层的厚度为0.04mm~0.5mm，所述粘附层的厚度为0.02mm~0.1mm。

可选的，如上述所述的柔性压力传感器，所述叉指电极层中石墨烯的质量百分含量为2.5%~5%。

可选的，如上述所述的柔性压力传感器，所述粘附层为双面胶带或热熔胶膜。