一种应变传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应变传感器及其制备方法。该应变传感器包括柔性基底、导电薄膜、第一电极以及第二电极，柔性基底的一侧具有多个凹坑状微结构，导电薄膜位于具有多个凹坑状微结构的柔性基底一侧，导电薄膜背离柔性基底的一侧表面具有与多个凹坑状微结构相同的起伏结构，导电薄膜靠近柔性基底的一侧表面具有与多个凹坑状微结构相应的凸起结构，第一电极和第二电极均设置于导电薄膜背离柔性基底的一侧，且第一电极和第二电极分别设置于导电薄膜的相对两端。本发明专利技术实施例提供的应变传感器既具有较宽的检测范围，又具有较高的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种应变传感器及其制备方法
本专利技术实施例涉及传感器
，尤其涉及一种应变传感器及其制备方法。
技术介绍
近年来，电子皮肤在人体健康监测、运动跟踪以及人-机交互等方面受到越来越多的关注。电子皮肤的核心便是传感器，其中，应变传感器作为一类重要的电子传感器件，可以将力学信号同步转化成电信号，从而实现对力学应变的同步传感。应变传感器的类型多种多样，其中，电阻型应变传感器因其器件结构简单，信号处理方便等优势被广泛研究。目前的电阻型应变传感器主要有两种结构。一种是基于金属薄膜的传感器，该类传感器具有非常高的灵敏度，灵敏系数高达2000。然而其检测范围非常小，最高检测限仅为2％。这主要是因为金属薄膜在大应变下容易完全断裂，造成整个器件失效。因此，该类传感器仅能用于微小形变的检测，如脉搏信号和心电信号等。另一种是基于碳纳米管或金属纳米线等组装的网络结构薄膜。应变变化带来碳纳米管或金属纳米线等相对位置的滑移，从而引起薄膜电阻的变化。这类传感器在大应变作用下结构不发生塌陷，因此其具有很宽的检测范围。然而微小形变，如脉搏跳动、声音振动等对网络结构的影响很小，使得器件对微小形变的检测灵敏度很低。因此，其只能用于大的形变，如指节弯曲等的测量。由此，研制一款既具有较大检测范围又具有较高灵敏度的电阻式应变传感器成为新的研究热点。
技术实现思路
本专利技术提供一种应变传感器及其制备方法，以实现获得既具有较宽检测范围又具有较高灵敏度的应变传感器。第一方面，本专利技术实施例提供了一种应变传感器，该应变传感器包括：柔性基底、导电薄膜、第一电极以及第二电极；柔性基底的一侧具有多个凹坑状微结构；导电薄膜位于具有多个凹坑状微结构的柔性基底一侧，导电薄膜背离柔性基底的一侧表面具有与多个凹坑状微结构相同的起伏结构；导电薄膜靠近柔性基底的一侧表面具有与多个凹坑状微结构相应的凸起结构；第一电极和第二电极均设置于导电薄膜背离柔性基底的一侧，且第一电极和第二电极分别设置于导电薄膜的相对两端。可选的，凹坑状微结构的直径范围为5μm-9μm，凹坑状微结构的深度范围为5μm-6.5μm，相邻凹坑状微结构之间的间距范围为6μm-20μm。可选的，柔性基底包括基体材料和固化剂；基体材料和固化剂按照预设质量比混合制成。可选的，基体材料包括聚二甲基硅氧烷PDMS或铂催化橡胶Ecoflex。可选的，导电薄膜的材料包括金属或碳。可选的，导电薄膜沿柔性基底与导电薄膜的层叠方向的厚度范围为50nm-120nm。可选的，该应变传感器还包括第一封装结构和第二封装结构；第一封装结构覆盖第一电极，第二封装结构覆盖第二电极；第一封装结构的材料以及第二封装结构的材料均与柔性基底的材料相同。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种应变传感器的制备方法，该方法包括：形成柔性基底；柔性基底的一侧具有多个凹坑状微结构；在具有多个凹坑状微结构的柔性基底一侧形成导电薄膜，导电薄膜背离柔性基底的一侧表面具有与多个凹坑状微结构相同的起伏结构；导电薄膜靠近柔性基底的一侧表面具有与多个凹坑状微结构相应的凸起结构；在导电薄膜背离柔性基底的一侧形成第一电极和第二电极；其中，第一电极和第二电极分别设置于导电薄膜的相对两端。可选的，形成柔性基底包括：提供一具有多个凸起微结构的模板；在模板具有多个凸起微结构的一侧涂覆柔性基底材料；固化柔性基底材料，并剥离模板以获得具有多个凹坑状微结构的柔性基底。可选的，具有多个凸起微结构的模板为生物质模板。可选的，在模板具有多个凸起微结构的一侧涂覆柔性基底材料，包括：将基体材料和固化剂按照预设质量比混合并去除气泡形成柔性基底材料，涂覆在模板的具有多个凸起微结构的一侧。可选的，预设质量比的范围为5:1-15:1。可选的，在导电薄膜背离柔性基底的一侧形成第一电极和第二电极包括：在导电薄膜背离柔性基底的一侧相对的两端涂覆银胶并在银胶中分别埋入银线，以形成第一电极和第二电极。可选的，在导电薄膜背离柔性基底的一侧形成第一电极和第二电极之后还包括：分别在第一电极以及第二电极背离柔性基底的一侧涂覆柔性基底材料并固化，以形成覆盖第一电极的第一封装结构以及覆盖第二电极的第二封装结构；第一封装结构以及第二封装结构均与柔性基底的材料相同。本专利技术实施例提供的应变传感器，通过导电薄膜的导电性对应变非常敏感，使得该应变传感器具有较高的灵敏度，同时，该应变传感器的柔性基底的一侧表面经过图案化处理，使得导电薄膜和柔性基底的相互作用更强，在较大的应变作用下，导电薄膜也不会完全断裂。因此，该应变传感器既具有高度的灵敏度，又具有大的检测范围。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种应变传感器；图2是本专利技术实施例提供的图1沿A-A方向的剖面图；图3是本专利技术实施例提供的图2的爆炸图；图4是本专利技术实施例提供的一种应变传感器制备方法的流程图；图5是本专利技术实施例提供的一种柔性基底的表面扫描电镜图；图6是本专利技术实施例提供的一种柔性基底的截面扫描电镜图；图7是本专利技术实施例提供的一种应变传感器的应变-电阻曲线；图8是本专利技术实施例提供的一种应变传感器的稳定性测试测量结果；图9是本专利技术实施例提供的一种利用应变传感器测试脉搏的照片；图10是本专利技术实施例提供的一种应变传感器的脉搏信号的测量结果；图11是本专利技术实施例提供的一种利用应变传感器测试喉咙振动的照片；图12是本专利技术实施例提供的一种应变传感器对喉咙发声的测量结果；图13是本专利技术实施例提供的一种应变传感器对喉咙吞咽的测量结果；图14是本专利技术实施例提供的一种应变传感器对呼吸时喉咙振动的测量结果；图15是本专利技术实施例提供的一种利用应变传感器测试手指弯曲的照片；图16是本专利技术实施例提供的一种应变传感器对手指弯曲的测量结果；图17是本专利技术实施例提供的另一种应变传感器的应变-电阻曲线；图18是本专利技术实施例提供的又一种应变传感器的应变-电阻曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。图1是本专利技术实施例提供的一种应变传感器，图2是本专利技术实施例提供的图1沿A-A方向的剖面图，图3是本专利技术实施例提供的图2的爆炸图。参见图1，该应变传感器包括：柔性基底110、导电薄膜120、第一电极130以及第二电极140。参见图3，柔性基底110的一侧具有多个凹坑状微结构111，导电薄膜120位于具有多个凹坑状微结构的柔性基底110一侧，导电薄膜120背离柔性基底110的一侧表面具有与多个凹坑状微结构相同的起伏结构121，继续参见图1，第一电极130和第二电极140均设置于导电薄膜120背离柔性基底110的一侧，且第一电极130和第二电极140分别设置于导电薄膜120的相对两端。其中，由于导电薄膜120是膜状的，而非网状或纤维状，使得导电薄膜120的导电性对应变比较敏感，此外，由于柔性基底110靠近导电薄膜120的一侧具有多个凹坑状微结构111，且导电薄膜120背离柔性基底110的一侧表面具有与多个凹坑状微结构相同的起伏结构121，导电薄膜120靠近柔性基底110的一侧表面具有与多个凹坑状微结构对应的凸起结构122，使得导电薄膜120和柔性基底110的相互本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应变传感器，其特征在于，包括柔性基底、导电薄膜、第一电极以及第二电极；所述柔性基底的一侧具有多个凹坑状微结构；所述导电薄膜位于具有多个凹坑状微结构的所述柔性基底一侧，所述导电薄膜背离所述柔性基底的一侧表面具有与所述多个凹坑状微结构相同的起伏结构；所述导电薄膜靠近所述柔性基底的一侧表面具有与所述多个凹坑状微结构相应的凸起结构；所述第一电极和所述第二电极均设置于所述导电薄膜背离所述柔性基底的一侧，且所述第一电极和所述第二电极分别设置于所述导电薄膜的相对两端。

【技术特征摘要】
1.一种应变传感器，其特征在于，包括柔性基底、导电薄膜、第一电极以及第二电极；所述柔性基底的一侧具有多个凹坑状微结构；所述导电薄膜位于具有多个凹坑状微结构的所述柔性基底一侧，所述导电薄膜背离所述柔性基底的一侧表面具有与所述多个凹坑状微结构相同的起伏结构；所述导电薄膜靠近所述柔性基底的一侧表面具有与所述多个凹坑状微结构相应的凸起结构；所述第一电极和所述第二电极均设置于所述导电薄膜背离所述柔性基底的一侧，且所述第一电极和所述第二电极分别设置于所述导电薄膜的相对两端。2.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，所述凹坑状微结构的直径范围为5μm-9μm，所述凹坑状微结构的深度范围为5μm-6.5μm，相邻所述凹坑状微结构之间的间距范围为6μm-20μm。3.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，所述柔性基底包括基体材料和固化剂；所述基体材料和所述固化剂按照预设质量比混合制成。4.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，所述基体材料包括聚二甲基硅氧烷PDMS或铂催化橡胶Ecoflex。5.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，所述导电薄膜的材料包括金属或碳。6.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，所述导电薄膜沿所述柔性基底与所述导电薄膜的层叠方向的厚度范围为50nm-120nm。7.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，还包括第一封装结构和第二封装结构；所述第一封装结构覆盖所述第一电极，所述第二封装结构覆盖所述第二电极；所述第一封装结构的材料以及所述第二封装结构的材料均与所述柔性基底的材料相同。8.一种应变传感器制备方法，用于制备权利要求1-7任一项所述的应变传感器，其特征在于，包括：形成柔性基底；所述柔性基底的一侧具有多个凹坑状微结构；在具有多...

【专利技术属性】
技术研发人员：方英，李红变，史济东，吕苏叶，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11