一种柔性压力传感器及其制备方法和诊脉仪技术

本发明专利技术公开了一种柔性压力传感器及其制备方法和诊脉仪，该柔性压力传感器的制备方法包括先制备具有若干孔洞的柔性隔离层，而后在柔性隔离层的两面贴合设置驻极体层，形成带有空腔的“三明治”式结构，再分别在驻极体层上背离柔性隔离层的表面设置电极层。通过以上方式，本发明专利技术柔性压力传感器的制备方法操作简单，成本低，所制得的柔性压力传感器灵敏度高，响应速度快。

A Flexible Pressure Sensor, Its Preparation Method and Pulse Diagnosis Instrument

【技术实现步骤摘要】
一种柔性压力传感器及其制备方法和诊脉仪
本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种柔性压力传感器及其制备方法和诊脉仪。
技术介绍
随着电子信息技术的发展，可穿戴式智能设备已逐步走进人们的生活，其中部分可实时监控人体的运动、健康等信息，极大地方便和丰富了人们的生活。例如，在医疗健康上，可应用不同的系统来监控人体的各种生理信号，如脉搏波、血压和体温。其中，人体脉搏波所呈现信息，在很大程度上反应出人体心血管系统中很多生理病理的特性，可作为临床诊断和治疗的依据，历来受到医学界的重视。人体脉搏波在传统中医中已被使用了上千年之久，用于进行疾病的初步预测诊断。近年来，随着传感监测技术的发展，出现了多种基于不同检测机制、用于人体脉搏波测量的传感器，如基于光学、图像处理、声学、压力装置等检测机制。其中，柔性压力传感器因其具有柔韧性，可承受多种变形，可直观、准确地检测脉搏波而被广泛应用。而目前现有的柔性压力传感器大多柔韧性不够，不能很好地适应人体表面的舒适性穿戴，与人体的贴合度不够，在灵敏度、响应、恢复时间和制备工艺方面存在明显不足。
技术实现思路
为了至少解决上述技术问题之一，本专利技术提供一种柔性压力传感器及其制备方法和诊脉仪。本专利技术所采用的技术方案是：一种柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：S1、在基底上设置柔性高分子材料层，而后在所述柔性高分子材料层上制造若干孔洞，将带有孔洞的柔性高分子材料层从基底上剥离，制得柔性隔离层；S2、在所述柔性隔离层的两面贴合设置驻极体层；S3、分别在所述驻极体层上背离所述柔性隔离层的表面设置电极层。优选地，所述柔性压力传感器的制备方法还包括：S4、将所述柔性隔离层上孔洞中的空气介质电离。具体可采用电晕充电法将柔性隔离层上孔洞中的空气介质电离。由于驻极体层具有驻极特性，驻极体层的内表面可捕获储存空气介质电离产生的自由电荷，在孔洞两侧驻极体层上分别产生的正和负剩余电荷构成巨大的电偶极子，从而使传感器在后续工作过程无需外加电源，可实现自驱动，将机械变形转变为电信号传输出来，灵敏度高，且稳定性好。步骤S1中，基底一般选用硬质基底，制备柔性隔离层前，可先处理基底使其具有较低的表面能，以便于后续操作时柔性隔离层易于从基底上剥离。柔性隔离层的材料一般为柔性高分子材料，优选为柔性高分子聚合物材料，制备时一般将柔性高分子材料与固化剂混合涂布于基底上，而后固化成型，制得柔性高分子材料层；再在柔性高分子材料层上制造若干孔洞，制造孔洞的方式可选自手工雕刻剥离、利用打孔机打孔和激光刻蚀中的任一种，孔洞形状可为圆形、六边形、三角形或一些不规则形状，孔洞优选阵列式排布，打孔率一般为10～70％；优选制造直径为1～5mm，中心间距为1.2～30mm的孔洞；打孔完成后，再将柔性高分子材料层从基底上剥离。优选地，步骤S1中，将带有孔洞的柔性高分子材料层从基体上剥离后，还包括对所述带有孔洞的柔性高分子材料层进行表面改性处理，制得柔性隔离层；和/或，步骤S2具体包括先对驻极体层进行表面改性处理，再将处理后的驻极体层贴合设于所述柔性隔离层的两表面上；所述表面改性处理选自氧等离子体刻蚀处理、化学试剂浸泡处理中的至少一种，所述化学试剂浸泡处理所采用的化学试剂选自硅烷偶联剂。硅烷偶联剂包括但不限于氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷等。通过对驻极体层和柔性隔离层进行表面改性处理以增强黏附力，使柔性隔离层易于与驻极体层实现稳固的键合，提升产品的稳定性。一般只需对柔性隔离层与驻极体层的待贴合面进行表面处理，而在某些情况下，为了操作方便可顺带一起处理其他面。优选地，步骤S1中，所述柔性隔离层的厚度为100～500μm；步骤S2中，所述驻极体层的厚度为10～50μm。本专利技术还提供了一种柔性压力传感器，其由以上任一种柔性压力传感器的制备方法制得，包括由下至上依次设置的第一电极层、第一驻极体层、柔性间隔层、第二驻极体层和第二电极层；所述柔性间隔层上设有若干个孔洞。另外，本专利技术还提供一种诊脉仪，包括以上所述的柔性压力传感器。本专利技术的有益技术效果是：本专利技术提供一种柔性压力传感器及其制备方法和诊脉仪，该柔性压力传感器的制备方法包括先制备具有若干孔洞的柔性隔离层，而后在柔性隔离层的两面贴合设置驻极体层，形成带有空腔的“三明治”式结构，再分别在驻极体层上背离柔性隔离层的表面设置电极层。通过以上方式，本专利技术柔性压力传感器的制备方法中通过在柔性间隔层上设置孔洞，可增大间隔层的柔性，利于变形，提高与皮肤的贴合度，且便于在受到较小的压力时获得较大的变形，提高传感器的灵敏度和响应速度；且整个制备工艺简单、成本低，所制得的柔性压力传感器可应用于医疗健康、人机交互、机器人电子皮肤等领域。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。图1是本专利技术实施例1所制得柔性压力传感器的结构示意图；图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的截面图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1一种柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：取洁净的玻璃片作为基底，并在其中一面旋涂或粘贴上一层厚度均匀的驻极体薄膜材料，因其具有较低的表面能，以便于后续操作柔性隔离层易于从玻璃片基底上剥离。将Ecoflex预聚物(Smooth-on，Ecoflex00-35)和与之搭配使用的固化剂混合，而后通过旋涂工艺将其涂覆于玻璃片基底上的驻极体薄膜材料层上，具体以400rpm的转速旋涂1min，在50℃下保持5min左右固化形成厚度约150μm的Ecoflex薄膜。利用激光切割机(UniversalVLS6.60，切割功率为10～20W)在Ecoflex薄膜上将切割出直径为2mm、中心间距为3mm的孔阵列，制得图案化的Ecoflex薄膜，而后将其从玻璃片基底上的驻极体薄膜材料层上剥离。将Ecoflex薄膜的两面通过真空氧等离子体(等离子体功率为100～200W)处理形成羟基，将处理过的薄膜浸泡到质量分数为10％的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)溶液中约24h，在此过程中，羟基将与APTES结合，使得Ecoflex薄膜的两面被APTES官能团充分修饰。取两片驻极体薄膜，用真空氧等离子体处理(等离子体功率为100～200W)。随后，将处理后的驻极体薄膜和Ecoflex薄膜按照“驻极体薄膜-Ecoflex薄膜-驻极体薄膜”的顺序叠置形成“三明治”式夹层结构，而后将夹层结构放置在均匀的压力和40～60℃的温度下保持24h，驻极体薄膜与Ecoflex薄膜之间通过形成羟基/APTES/羟基化学键实现最终稳定的键合。再分别在两驻极体薄膜上背离Ecoflex薄膜的表面设置导电电极层，并引出导线。请参阅图1和图2，图1是通过以上方法制得的柔性压力传感器的结构示意图，图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的截面图。如图1和图2所示，该柔性压力传感器包括由下至上依次设置的第一电极层11、第一驻极体层12、柔性间隔层13、第二驻极体层14和第二电极层15，柔性间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在基底上设置柔性高分子材料层，而后在所述柔性高分子材料层上制造若干孔洞，将带有孔洞的柔性高分子材料层从基底上剥离，制得柔性隔离层；S2、在所述柔性隔离层的两面贴合设置驻极体层；S3、分别在所述驻极体层上背离所述柔性隔离层的表面设置电极层。

【技术特征摘要】
1.一种柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在基底上设置柔性高分子材料层，而后在所述柔性高分子材料层上制造若干孔洞，将带有孔洞的柔性高分子材料层从基底上剥离，制得柔性隔离层；S2、在所述柔性隔离层的两面贴合设置驻极体层；S3、分别在所述驻极体层上背离所述柔性隔离层的表面设置电极层。2.根据权利要求1所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，还包括：S4、将所述柔性隔离层上孔洞中的空气介质电离。3.根据权利要求2所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤S4中，采用电晕充电法将柔性隔离层上孔洞中的空气介质电离。4.根据权利要求1-3中任一项所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤S1中，将带有孔洞的柔性高分子材料层从基体上剥离后，还包括对所述带有孔洞的柔性高分子材料层进行表面改性处理，制得柔性隔离层；和/或，步骤S2具体包括先对驻极体层进行表面改性处理，再将处理后的驻极体层贴合设于所述柔性隔离层的两表面上；所述表面改性处理选自氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：董瑛，楚尧，刘慧梁，韩留洋，王晓浩，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44