应变传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种工艺简单、成本低、并且具有高灵敏度的应变传感器以及其制造方法。该应变传感器通过以下步骤制造：制备柔性衬底；用激光照射柔性衬底的一侧，形成导电层；在柔性衬底的形成有导电层的一侧形成电极，所述电极与所述导电层电连接；和在柔性衬底上形成具有柔性的保护层。本发明专利技术得到的应变传感器可以通过电阻的变化实时监测应变变化，灵敏度高，具有良好的可靠性和抗疲劳特性。

【技术实现步骤摘要】
应变传感器及其制造方法
本专利技术属于应变传感器领域，具体涉及一种在柔性衬底上经激光照射形成导电层的高灵敏度的应变传感器及其制造方法。
技术介绍
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。应变传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，可以将机械形变转化为电信号，例如传感器电阻值的变化，用于精确测量物体的形变特征。应变传感器的未来发展方向之一是高灵敏度可穿戴应变传感器，它在智能假肢、电子皮肤、机器人等领域意义重大且前景广阔。在柔性机器人以及人造假肢上附着柔性可穿戴应变传感器及相应的传感系统，可以对机器人或者假肢的运动状态进行实时跟踪，实现其对外界环境的感知，达到高效的操纵和控制目的等。在医疗方面，由于可穿戴应变传感器具有轻、薄、柔性等特点，它可以组装在衣物或者饰品上，甚至可直接覆盖或者嵌入人体，用于长时间、非间断、随时随地监测与跟踪病患的心率、血压等指标。要实现人工触觉的最基本功能，感知环境刺激，收集人体生理信号，要求可穿戴式应变传感器必须具有高灵敏度，良好柔性，对人体无毒无害以及可以大规模制造。长时间、非间断监测要求可穿戴式应变传感器具有优异的抗疲劳性能。因此，保证稳定性能的同时兼具良好的探测性能是目前可穿戴应变传感器亟待解决的问题。与传统的硅基应变传感器相比，可穿戴应变传感器存在检测范围小、灵敏度低的不足，制约着可穿戴应变传感器的发展。针对这些问题，目前已有一些解决办法，如中国专利公开专利CN105783697A中提出了一种预制裂纹的方法来提高器件的灵敏度。它将涂覆了导电填料浆料的柔性基板折叠，对柔性基板的上层板施加压力，对柔性基板的下层板进行牵引，从而通过挤压拖曳作用在柔性基板的折叠处产生与牵引方向垂直的裂纹。虽然制备的器件具有高灵敏度，但这一方法比较复杂，很难与当今半导体工艺相兼容，难以实现大规模生产。中国专利公开号CN107202538A也公开了一种裂纹应变传感器的可控制造方法。这一方法利用有机溶剂触发溶胀材料膨胀产生的应力促使金属材料应力集中部位产生断裂，形成裂纹。这一方法的不足之处在于有机溶剂会对柔性衬底产生影响，从而影响器件的整体性能。因此，希望一种制造工艺简单、成本低、并且具有高灵敏度的应变传感器及其制造方法。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种超高灵敏度、加工简单、成本低、寿命长的基于碳化硅的应变传感器及其制备方法。在一个方面，本专利技术提供一种应变传感器的制备方法，包括制备柔性衬底，所述柔性衬底由硅橡胶形成；用激光照射柔性衬底的一侧，形成导电层；在柔性衬底的形成有导电层的一侧形成电极，所述电极与所述导电层电连接；和在柔性衬底上形成具有柔性的保护层。在方法的一个实施方式中，激光照射的功率为0.4-0.8W。在一个优选实施方式中，激光照射的功率为0.8W。在方法的一个实施方式中，激光照射的扫描速度为0.83mm/s-2.5mm/s。在一个优选实施方式中，激光照射的扫描速度为1.25mm/s。在方法的一个实施方式中，激光波长为532nm。在方法的一个实施方式中，激光照射柔性衬底的一侧包括激光照射柔性衬底的一侧的部分。在方法的一个实施方式中，制备柔性衬底包括将硅橡胶的前驱体和固化剂混合、干燥和固化。在一个优选实施方式中，前驱体和固化剂的比例为1:1。在一个优选实施方式中，硅橡胶是EcoflexTM00-30(SMOOTH-ON)。在一个优选实施方式中，固化温度为60℃。在一个优选实施方式中，固化时间为30分钟。在方法的一个实施方式中，制备柔性衬底还包括在真空干燥箱中除去气泡。在方法的一个实施方式中，制备柔性衬底还包括切割固化的硅橡胶成条状。在方法的一个实施方式中，电极通过涂布纳米银胶或导电碳胶形成。在方法的一个实施方式中，电极约1mm厚。在方法的一个实施方式中，导电层为SiC。在方法的一个实施方式中，形成保护层包括将硅橡胶的前驱体和固化剂混合、干燥和固化。在一个优选实施方式中，前驱体和固化剂的比例为1:1。在一个优选实施方式中，硅橡胶是EcoflexTM00-30(SMOOTH-ON)。在一个优选实施方式中，固化温度为60℃。在一个优选实施方式中，固化时间为30分钟。在另一方面，本专利技术提供上述制备方法制备的应变传感器。在又一方面，本专利技术提供一种应变传感器，其包括：柔性衬底，导电层，其通过激光照射柔性衬底的一侧形成，电极，其位于柔性衬底形成导电层的一侧并且与所述导电层电连接，和保护层，其涂敷于柔性衬底上。在应变传感器的一个实施方式中，激光照射的功率为0.4-0.8W。在一个优选实施方式中，激光照射的功率为0.8W。在应变传感器的一个实施方式中，激光照射的扫描速度为0.83mm/s-2.5mm/s。在一个优选实施方式中，激光照射的扫描速度为1.25mm/s。在应变传感器的一个实施方式中，激光波长为532nm。在应变传感器的一个实施方式中，导电层是柔性衬底的一侧的部分，即，激光照射柔性衬底的一侧包括激光照射柔性衬底的一侧的部分。在应变传感器的一个实施方式中，柔性衬底是硅橡胶，通过将硅橡胶的前驱体和固化剂混合、干燥和固化而制备。在一个优选实施方式中，前驱体和固化剂的比例为1:1。在一个优选实施方式中，硅橡胶是EcoflexTM00-30(SMOOTH-ON)。在一个优选实施方式中，固化温度为60℃。在一个优选实施方式中，固化时间为30分钟。在应变传感器的一个实施方式中，柔性衬底是经真空干燥箱除气泡的。在应变传感器的一个实施方式中，柔性衬底是条状的。在应变传感器的一个实施方式中，电极包含纳米银胶或导电碳胶。在应变传感器的一个实施方式中，电极约1mm厚。在应变传感器的一个实施方式中，导电层为SiC。在应变传感器的一个实施方式中，保护层为硅橡胶，通过将硅橡胶的前驱体和固化剂混合、干燥和固化而制备。在一个优选实施方式中，前驱体和固化剂的比例为1:1。在一个优选实施方式中，硅橡胶是EcoflexTM00-30(SMOOTH-ON)。在一个优选实施方式中，固化温度为60℃。在一个优选实施方式中，固化时间为30分钟。根据本专利技术方法制备的应变传感器，或根据本专利技术方法的应变传感器，具有高灵敏度。当应变小于2％时，所述传感器的灵敏度为721.4，当应变大于2％小于2.7％时，所述传感器的灵敏度为247020.2，当应变大于2.7％小于4.8％时，所述传感器的灵敏度为1870.6。在应变传感器的一个实施方式中，传感器的应变探测范围为4.8％。本专利技术通过在导电涂层外加装封装层，起到保护器件的作用，从而提高器件的使用寿命。本专利技术制造方法得到的应变传感器在应变时，能够显著提高传感器的灵敏度，并且具有良好的可靠性和抗疲劳特性。并且，本专利技术所使用的应变传感器制备工艺成本低，可批量大规模生产。本专利技术得到的超高灵敏度可穿戴应变传感器可以通过电阻的变化实时监测应变变化，这种优异的性能在智能假肢、生物医疗、机器人等领域有广泛的应用前景。除上述技术效果外，本专利技术的其他效果及优点在以下的详细说明中描述。附图说明图1是根据本专利技术一实施方式的激光直写超高灵敏度可穿戴应变传感器的制备流程图。图2是根据本专利技术一实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应变传感器的制备方法，包括制备柔性衬底，所述柔性衬底由硅橡胶形成；用激光照射柔性衬底的一侧，形成导电层；在柔性衬底的形成有导电层的一侧形成电极，所述电极与所述导电层电连接；和在柔性衬底上形成具有柔性的保护层。

【技术特征摘要】
1.一种应变传感器的制备方法，包括制备柔性衬底，所述柔性衬底由硅橡胶形成；用激光照射柔性衬底的一侧，形成导电层；在柔性衬底的形成有导电层的一侧形成电极，所述电极与所述导电层电连接；和在柔性衬底上形成具有柔性的保护层。2.如权利要求1所述的制备方法，其中所述激光照射的功率为0.4-0.8W。3.如权利要求1所述的制备方法，其中所述激光照射的扫描速度为0.83mm/s-2.5mm/s。4.如权利要求1所述的制备方法，其中所述激光波长为532nm。5.如权利要求1所述的制备方法，其中所述柔性衬底通过将硅橡胶的前驱体和固化剂混合、干燥和固化而制备。6.如权利要求1所述的制备方法，所述电极通过涂布纳米银胶或导电碳胶而形成。7.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：高阳，轩福贞，李琪，钱敏，沙金，温建锋，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31