柔性压力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性压力传感器，包括两层柔性导电复合薄膜，两层所述柔性导电复合薄膜层叠结合，且一所述柔性导电复合薄膜朝向另一所述柔性导电复合薄膜的表面形成有呈周期性排列的单层微半球阵列。

Flexible pressure sensor and method for making same

The present invention provides a flexible pressure sensor, comprising two layers of flexible conductive composite film, the two layer of the flexible conductive composite film laminated combination, with a single periodic arrangement of micro array is formed on the surface of a hemisphere and the flexible conductive composite film to the other of the flexible conductive composite film.

【技术实现步骤摘要】
柔性压力传感器及其制备方法
本专利技术属于可穿戴柔性电子领域，尤其涉及一种柔性压力传感器及其制备方法。
技术介绍
柔性压力传感器是一种用于感知某些物体表面作用力大小的柔性电子器件，能贴附于各种不规则物体表面，在医疗健康、机器人、生物力学等领域有着广泛的应用前景，逐渐受到人们的重视。随着科学技术的发展，柔性压力传感器能否兼具柔韧性和准确测量压力分布信息等功能越来越成为人们关注的焦点。由于传感器的微纳结构不仅能够提高传感器的响应速度，还能更快地恢复传感器的弹性形变，因此，微纳结构的压力传感器成为学术界和工业界的关注重点。2014年鲍哲南课题组设计了不同间距的四棱锥微结构的PDMS介电层，并探讨了这种四棱锥微结构对传感器的灵敏度的影响。详见“BenjaminC.-K.Tee,ChortosAlex,BaoZhenan,etal.TunableFlexiblePressureSensorsusingMicrostructuredElastomerGeometriesforIntuitiveElectronics.Adv.Funct.Mater.,2014,24,5427–5434”。2014年新加坡南洋理工大学的陈晓东团队，探讨了传感器电极微结构对其灵敏度及响应时间的影响。该团队首先以PDMS转移刻蚀的硅片微结构，得微结构化PDMS，并在其上自组装氧化石墨烯，经还原得具有微结构的石墨烯电极，以“三明治”结构将上述微结构电极与ITO/PET薄膜封装便得到电阻式触觉传感器。详见“BowenZhu,ZhiqiangNiu,XiaodongChenetal.MicrostructuredGrapheneArraysforHighlySensitiveFlexibleTactileSensor.,Small,18,3625-3631”。上述方法不仅方法较为复杂，更重要的是，其使用单一化的模板，一种模板只能对应生产一种版型的柔性压力传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种柔性压力传感器及其制备方法，旨在解决现有的柔性压力传感器制备方法复杂、且模板单一化的问题。本专利技术是这样实现的，一种柔性压力传感器，包括两层柔性导电复合薄膜，两层所述柔性导电复合薄膜层叠结合，且一所述柔性导电复合薄膜朝向另一所述柔性导电复合薄膜的表面形成有呈周期性排列的单层微半球阵列。以及，一种柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：提供一基底，将所述基底进行表面亲水处理，在所述基底的一亲水表面制备紧密排列的单层胶体微球阵列；在所述单层胶体微球阵列表面沉积PDMS材料，固化形成PDMS层，且所述PDMS的厚度＞所述单层胶体微球阵列的高度；将粘结有所述单层胶体微球阵列的PDMS层从所述基底上剥离，采用溶剂溶解形成单层胶体微球阵列的胶体微球，得到具有周期性排列的微纳凹洞的柔性PDMS模板；在所述柔性PDMS模板设置微纳凹洞的表面浇注碳纳米管和PDMS的混合液，固化形成柔性导电复合预制薄膜，且所述柔性导电复合预制薄膜的厚度＞所述微纳凹洞的高度；将所述柔性导电复合预制薄膜从所述柔性PDMS模板上剥离，得到一表面形成周期性排列的单层微半球阵列的柔性导电复合薄膜；将两个所述柔性导电复合薄膜的微半球阵列面相对设置，引出电极，得到柔性压力传感器。本专利技术提供的柔性压力传感器，其主体结构由两层柔性导电复合薄膜层叠结合组成，且一所述柔性导电复合薄膜朝向另一所述柔性导电复合薄膜的表面形成有呈周期性排列的单层微半球阵列。由此得到的柔性压力传感器，一方面，两层单层微半球阵列的相对设置，提高了所述柔性压力传感器可承受的弹性形变程度，扩大了压力传感器的电阻范围，从而扩大了所述柔性传感器的量程。另一方面，单层微半球阵列的结构设置，可以提高所述柔性压力传感器的灵敏度，进而提高测量准确性。此外，本专利技术提供的柔性压力传感器，可以通过调整微半球的尺寸，得到不同微结构尺寸的柔性压力传感器。本专利技术提供的柔性压力传感器的制备方法，利用单层的胶体微球阵列作为源模板，制得具有紧密排列的微孔洞的柔性模板；然后利用该柔性模板制备出柔性导电复合薄膜表面形成有周期性排列的单层微半球阵列的柔性压力传感器。该方法不仅所需设备简单，而且过程简单易控，易于实现产业化。更重要的是，本专利技术提供的柔性压力传感器的制备方法，可以根据不同的需求选择胶体球的尺寸，进而制备出微孔洞大小不同的模板，解决现有柔性压力传感器模板单一化的问题。附图说明图1是本专利技术实施例提供的柔性压力传感器的制备方法流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的在基底表面制备单层胶体微球阵列的流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供了一种柔性压力传感器，包括两层柔性导电复合薄膜，两层所述柔性导电复合薄膜层叠结合，且一所述柔性导电复合薄膜朝向另一所述柔性导电复合薄膜的表面形成有呈周期性排列的单层微半球阵列。具体的，本专利技术实施例中，所述柔性导电复合薄膜由碳纳米管和PDMS的混合物制成。由此制成的柔性压力传感器，具有优异的弹性形变和形变恢复效率。进一步的，所述碳纳米管优选为多壁碳纳米管，所述多壁碳纳米管的直径为10-200nm、长度为2-20μm。本专利技术实施例中，所述单层微半球阵列的微半球为纳米级、亚微米级或微米级微半球，制备过程中可以通过调控模板中微纳凹槽的尺寸大小来得到各种不同规格的微半球阵列。本专利技术实施例提供的柔性压力传感器，其主体结构由两层柔性导电复合薄膜层叠结合组成，且一所述柔性导电复合薄膜朝向另一所述柔性导电复合薄膜的表面形成有呈周期性排列的单层微半球阵列。由此得到的柔性压力传感器，一方面，两层单层微半球阵列的相对设置，提高了所述柔性压力传感器可承受的弹性形变程度，扩大了压力传感器的电阻范围，从而扩大了所述柔性传感器的量程。另一方面，单层微半球阵列的结构设置，可以提高所述柔性压力传感器的灵敏度，进而提高测量准确性。此外，本专利技术实施例提供的柔性压力传感器，可以通过调整微半球的尺寸，得到不同微结构尺寸的柔性压力传感器。本专利技术实施例所述柔性压力传感器可以通过下述方法制备获得。以及，结合图1、图2，本专利技术实施例还提供了一种柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤，其流程示意图如图1所示：S01.提供一基底，将所述基底进行表面亲水处理，在所述基底的一亲水表面制备紧密排列的单层胶体微球阵列；S02.在所述单层胶体微球阵列表面沉积PDMS材料，固化形成PDMS层，且所述PDMS的厚度＞所述单层胶体微球阵列的高度；将粘结有所述单层胶体微球阵列的PDMS层从所述基底上剥离，采用溶剂溶解形成单层胶体微球阵列的胶体微球，得到具有周期性排列的微纳凹洞的柔性PDMS模板；S03.在所述柔性PDMS模板设置微纳凹洞的表面浇注碳纳米管和PDMS的混合液，固化形成柔性导电复合预制薄膜，且所述柔性导电复合预制薄膜的厚度＞所述微纳凹洞的高度；将所述柔性导电复合预制薄膜从所述柔性PDMS模板上剥离，得到一表面形成周期性排列的单层微半球阵列的柔性导电复合薄膜；S04.将两个所述柔性导电复合薄膜的微半球阵列面相对设置，引本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性压力传感器，其特征在于，包括两层柔性导电复合薄膜，两层所述柔性导电复合薄膜层叠结合，且一所述柔性导电复合薄膜朝向另一所述柔性导电复合薄膜的表面形成有呈周期性排列的单层微半球阵列。

【技术特征摘要】
1.一种柔性压力传感器，其特征在于，包括两层柔性导电复合薄膜，两层所述柔性导电复合薄膜层叠结合，且一所述柔性导电复合薄膜朝向另一所述柔性导电复合薄膜的表面形成有呈周期性排列的单层微半球阵列。2.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述单层微半球阵列的微半球为纳米级、亚微米级或微米级微半球。3.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述柔性导电复合薄膜由碳纳米管和PDMS的混合物制成。4.如权利要求3所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，所述多壁碳纳米管的直径为10-200nm、长度为2-20μm。5.一种柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：提供一基底，将所述基底进行表面亲水处理，在所述基底的一亲水表面制备紧密排列的单层胶体微球阵列；在所述单层胶体微球阵列表面沉积PDMS材料，固化形成PDMS层，且所述PDMS的厚度＞所述单层胶体微球阵列的高度；将粘结有所述单层胶体微球阵列的PDMS层从所述基底上剥离，采用溶剂溶解形成单层胶体微球阵列的胶体微球，得到具有周期性排列的微纳凹洞的柔性PDMS模板；在所述柔性PDMS模板设置微纳凹洞的表面浇注碳纳米管和PDMS的混合液，固化形成柔性导电复合预制薄膜，且所述柔性导电复合预制薄膜的厚度＞所述微纳凹洞的高度；将所述柔性导电复合预制薄膜从所述柔性PDMS模板上剥离，得到一表面形成周期性排列的单层微半球...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙蓉，张愿，胡友根，朱朋莉，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44