压力敏感薄膜、传感器、传感器阵列及各自的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种压力敏感薄膜、传感器和传感器阵列及各自的制备方法，上述压力敏感薄膜内至少具有两种不同尺寸的多个闭孔，所述闭孔内具有气体，自所述压力敏感薄膜底部向上，沿垂直所述压力敏感薄膜的厚度方向，所述闭孔的尺寸逐渐增大。上述压力敏感薄膜的传感灵敏度提高。

Pressure sensitive films, sensors, sensor arrays and their respective preparation methods

The present invention relates to a pressure sensitive film, a sensor array and a sensor array and their respective preparation methods. The pressure sensitive film has at least two different sizes of multiple closed holes. The closed hole has gas, and the size of the closed hole increases gradually along the thickness direction perpendicular to the thickness of the pressure sensitive film from the bottom of the pressure sensitive film upward. The sensing sensitivity of the pressure sensitive film is improved.

【技术实现步骤摘要】
压力敏感薄膜、传感器、传感器阵列及各自的制备方法
本专利技术涉及压力传感器
，尤其涉及一种压力敏感薄膜、压力传感器、传感器阵列及各自的制备方法。
技术介绍
近年来，随着可穿戴产品的迅速发展，柔性传感器组件成为研究人员探索的热点课题之一。其中，柔性压力传感器尤其收到广泛的关注，在包括人工电子皮肤、柔性触屏、智能机器人及医疗健康领域具有非常广阔的市场前景。目前，对柔性压力传感器的研究可基于多种工作原理，主要包括电容式、电阻式、压电式和薄膜晶体管式。作为可穿戴设备中重要组成部件的压力传感器，提出了高的要求：包括可弯曲性、可拉伸性、高灵敏度、快速响应以及与人体的兼容性。为提高传感器的灵敏性，目前的技术是采用微结构的硅片为模板，在硅片上形成薄膜后再剥离的方法得到表面具有微结构的敏感层。但这种方法存在以下弊端：(1)模板的使用增加了工艺的成本；(2)薄膜表面形成的微结构极容易形变，只能在微小的压强范围内有较高的灵敏度。因此，如何提高敏感层微小的压强范围内的灵敏性，并能够在较大的压强范围保持足够的灵敏度是目前急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种压力敏感薄膜、传感器和传感器阵列及各自的制备方法，提高压力传感器的灵敏度。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种压力敏感薄膜，所述压力敏感薄膜内至少具有两种不同尺寸的多个闭孔，所述闭孔内具有气体，自所述压力敏感薄膜底部向上，沿垂直所述压力敏感薄膜的厚度方向，所述闭孔的尺寸逐渐增大。可选的，所述闭孔的尺寸范围为0.01mm～1.5mm。本专利技术的技术方案还提供一种压力敏感薄膜的制备方法，包括：提供第一底板和第二底板；在所述第一和第二底板上涂布分离层；在所述第一和第二底板分离层的边缘形成支撑条；在所述第一底板表面涂布混合均匀的薄膜制备材料，所述薄膜制备材料的厚度和支撑条厚度相同，所述薄膜制备材料包括发泡材料和热固化弹性材料；在所述薄膜制备材料上方覆盖第二底板，将两个底板上的支撑条对齐并贴合，使得所述薄膜制备材料位于所述第一底板和第二底板之间，且所述薄膜制备材料与所述第二底板之间有间隙；对所述薄膜制备材料进行加热形成压力敏感薄膜，加热过程中，发泡材料产生气体随着热固化弹性材料的固化，在所述压力敏感薄膜内形成至少具有两种不同尺寸的多个闭孔；将压力敏感薄膜从第一底板和第二底板之间分离。可选的，所述发泡材料和热固化弹性材料的质量比为1:10～3:10。可选的，所述薄膜制备材料还包括导电材料，所述导电材料和所述热固化弹性材料的质量比为1:20～2:5。可选的，所述导电材料包括导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属以及金属氧化物纳米颗粒中的至少一种；其中，所述导电聚合物包括pH值酸性或中性的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)、聚苯乙烯磺酸、聚苯胺、聚噻吩以及聚吡咯中的至少一种，所述碳基导电物包括单层或多层石墨烯、石墨、炭黑、单壁以及多壁碳纳米管中的至少一种，所述金属包括金、银、铜、铝以及镍中的至少一种，所述金属氧化物包括氧化铟锡或氟掺杂锡氧化物中的至少一种。可选的，所述分离层材料为含氟聚合物或是易溶解聚合物，所述含氟聚合物包括聚四氟乙烯、全氟辛基三氯硅烷以及全氟已基三氯硅烷中的至少一种，所述易溶解聚合物包含水、醇类、酯类或酮类溶剂可溶解的聚合物。本专利技术的技术方案还提供一种压力传感器，包括：包括上衬底、下衬底、以及位于所述上衬底表面的上电极、下衬底表面的下电极、以及位于所述上电极和下电极之间的压力敏感薄膜。本专利技术的技术方案还提供一种压力传感器的制备方法，包括：提供上电极和下电极；在上电极和下电极中的任一电极表面涂布压力敏感薄膜制备材料，所述压力敏感薄膜制备材料包括发泡材料和热固化弹性材料；将另一电极覆盖于所述压力敏感薄膜制备材料上方，所述压力敏感薄膜制备材料与所述另一电极之间有空隙；对所述压力敏感薄膜制备材料进行加热形成压力敏感薄膜，加热过程中，发泡材料产生气体随着热固化弹性材料的固化，在所述压力敏感薄膜内形成至少具有两种不同尺寸的多个闭孔。可选的，还包括：提供第一底板和第二底板，所述上电极形成于第一衬底表面，所述下电极形成于第二衬底表面；将所述第一衬底背面贴于第一底板表面，将所述第二衬底背面贴于第二底板表面；在上电极边缘和下电极边缘均形成支撑条；在所述上电极和下电极中的任一电极表面涂布薄膜制备材料之后，将两个底板上的支撑条对齐并贴合，使得压力敏感薄膜制备材料位于所述上电极和下电极之间；所述压力敏感薄膜形成后将传感器从第一底板和第二底板之间分离。本专利技术的技术方案还提供一种压力传感器阵列，包括：多个压力传感器，所述压力传感器按阵列排列；位于同一行的所述压力传感器的上电极相互连接为上电极线；位于同一列的所述压力传感器的下电极相互连接为下电极线。本专利技术的技术方案还提供一种压力传感器阵列的制备方法，包括：提供第一底板和第二底板，所述第一底板上具有第一衬底，所述第一衬底表面形成有多个平行排列的上电极线，所述第二底板上具有第二衬底，所述第二衬底表面形成有多个平行排列的下电极线，所述上电极线和下电极线呈90度交叉排列；在所述传感器阵列区域边缘的所述上电极线和下电极线的外侧边缘形成支撑条；在任一电极线表面涂布压力敏感薄膜制备材料；将两个底板上的支撑条对齐并贴合，使得压力敏感薄膜制备材料位于所述上电极线和下电极线之间，所述压力敏感薄膜制备材料与所述另一电极之间有空隙；对所述压力敏感薄膜制备材料进行加热形成压力敏感薄膜，加热过程中，发泡材料产生气体随着热固化弹性材料的固化，在所述压力敏感薄膜内形成至少具有两种不同尺寸的多个闭孔，所述压力敏感薄膜形成后将传感阵列从第一底板和第二底板之间分离。本专利技术的压力传感器的压力敏感薄膜中存在不同尺寸的闭孔并且大尺寸闭孔位于压力敏感薄膜上层，靠近传感器的受力面，传感器受力时上层大尺寸的闭孔易发生形变，增大了传感器在微小压力下的灵敏性，并对于受力点周围具有较小的串扰，增强传感阵列对受力点的分辨能力；由于压力敏感薄膜底层存在较小尺寸闭孔，传感器具有大压强范围内较高的灵敏度；压力敏感薄膜受力时闭孔发生形变，内部的气体收到挤压，在撤销压力时闭孔内的气体膨胀使闭孔快速恢复原有的形状，减少了压力敏感薄膜的形变恢复时间。相比于分别制备不同尺寸闭孔的压力敏感薄膜再进行组合的方式，一步法直接形成具有不同尺寸的闭孔的压力敏感薄膜的工艺方法简单；将压力敏感薄膜直接制备在电极之间，免除了压力敏感薄膜分离以及和电极贴合的工艺步骤，进一步降低了压力传感器和传感阵列的工艺复杂程度。附图说明图1为本专利技术一具体实施方式的压力传感器的结构示意图；图2至图8为本专利技术一具体实施方式的压力传感器的形成过程的结构示意图；图9为本专利技术一具体实施方式的压力传感器阵列的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的压力敏感薄膜、传感器和传感器阵列及各自的制备方法的具体实施方式做详细说明。请参考图1，为本专利技术一具体实施方式提供的压力敏感薄膜以及具有所述压力敏感薄膜的压力传感器的结构示意图。所述压力敏感薄膜102内至少具有两种不同尺寸的多个闭孔1021，所述闭孔1021内具有气体，自所述压力敏感薄膜底部向上，沿垂直所述压力敏感薄膜的厚度方向，所述闭孔1021的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压力敏感薄膜，其特征在于，所述压力敏感薄膜内至少具有两种不同尺寸的多个闭孔，所述闭孔内具有气体，自所述压力敏感薄膜底部向上，沿垂直所述压力敏感薄膜的厚度方向，所述闭孔的尺寸逐渐增大。

【技术特征摘要】
1.一种压力敏感薄膜，其特征在于，所述压力敏感薄膜内至少具有两种不同尺寸的多个闭孔，所述闭孔内具有气体，自所述压力敏感薄膜底部向上，沿垂直所述压力敏感薄膜的厚度方向，所述闭孔的尺寸逐渐增大。2.根据权利要求1所述的压力敏感薄膜，其特征在于，所述闭孔的尺寸范围为0.01mm～1.5mm。3.一种如权利要求1～2中任一项所述的压力敏感薄膜的制备方法，其特征在于，包括：提供第一底板和第二底板；在所述第一和第二底板上涂布分离层；在所述第一和第二底板上的分离层边缘形成支撑条；在所述第一底板表面涂布混合均匀的薄膜制备材料，所述薄膜制备材料的厚度和支撑条厚度相同，所述薄膜制备材料包括发泡材料和热固化弹性材料；在所述薄膜制备材料上方覆盖第二底板，将两个底板上的支撑条对齐并贴合，使得所述薄膜制备材料位于所述第一底板和第二底板之间，且所述薄膜制备材料与所述第二底板之间有间隙；对所述薄膜制备材料进行加热形成压力敏感薄膜，加热过程中，发泡材料产生气体随着热固化弹性材料的固化，在所述压力敏感薄膜内形成至少具有两种不同尺寸的多个闭孔；将压力敏感薄膜从第一底板和第二底板之间分离。4.根据权利要求3所述的压力敏感薄膜的制备方法，其特征在于，所述热固化弹性材料包括聚二甲基硅氧烷、聚氨酯以及铂催化硅胶中的至少一种。5.根据权利要求3所述的压力敏感薄膜的制备方法，其特征在于，所述发泡材料包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、甲苯磺酰肼、氧化双肋、碳酸钠、碳酸氢钠以及碳酸氢铵中的至少一种。6.根据权利要求3所述的压力敏感薄膜的制备方法，其特征在于，所述发泡材料和热固化弹性材料的质量比为1:10～3:10。7.根据权利要求3所述的压力敏感薄膜的制备方法，其特征在于，所述薄膜制备材料还包括导电材料，所述导电材料和所述热固化弹性材料的质量比为1:20～2:5。8.根据权利要求7所述的压力敏感薄膜的制备方法，其特征在于，所述导电材料包括导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属纳米颗粒以及金属氧化物纳米颗粒中的至少一种；其中，所述导电聚合物包括pH值酸性或中性的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)、聚苯乙烯磺酸、聚苯胺、聚噻吩以及聚吡咯中的至少一种，所述碳基导电物包括单层或多层石墨烯、石墨、炭黑、单壁以及多壁碳纳米管中的至少一种，所述金属包括金、银、铜、铝以及镍中的至少一种，所述金属氧化物包括氧化铟锡或氟掺杂锡氧化物中的至少一种。9.根据权利要求3所述的压力敏感薄膜的制备方法，其特征在于，所述分离层材料为含氟聚合物或是易溶解聚合物，所述含氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭小军，陈苏杰，彭赛，黄钰坤，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31