柔性电介质体、柔性压力传感器及其各自的制备方法技术

本申请涉及一种柔性电介质体，所述柔性电介质体的一侧表面具有微结构图案，所述柔性电介质体的内部具有微孔结构。将所述柔性电介质体作为柔性压力传感器的介电层使用时，在受力过程中，柔性电介质体表面的微结构图案先发生变形，提高柔性压力传感器的灵敏度，随着压力增大，柔性电介质体内部的微孔结构发生变形，增大柔性压力传感器的压力测试范围。

Flexible dielectric, flexible pressure sensor and their preparation methods

The present application relates to a flexible dielectric, one side of which is provided with a microstructure pattern, and the interior of which is provided with a microporous structure. When the flexible dielectric is used as the dielectric layer of the flexible pressure sensor, the microstructure pattern on the surface of the flexible dielectric first deforms in the process of stress, so as to improve the sensitivity of the flexible pressure sensor. With the increase of pressure, the microporous structure inside the flexible dielectric deforms and the pressure test range of the flexible pressure sensor increases.

【技术实现步骤摘要】
柔性电介质体、柔性压力传感器及其各自的制备方法
本申请涉及传感器
，具体涉及一种柔性电介质体、柔性压力传感器及其各自的制备方法。
技术介绍
近年来，柔性压力传感器逐渐成为智能机器人电子皮肤和人体生理信号监测领域的重要研究对象。在各种类型的柔性压力传感器中，电容式的柔性压力传感器具有制备简单、信号易采集、成本低等优点，应用较为广泛，其依据受压过程中，上、下电极板之间有效面积、距离或者介电常数发生变化，导致电容值改变而得到压力测试数据。目前，越来越多的研究通过对电容式的柔性压力传感器的介电层微结构进行优化来提高柔性压力传感器的性能，但相关技术仍很难做到使柔性压力传感器在保持高灵敏度的同时拥有宽泛的检测范围，并且，目前制备介电层微结构的工艺还存在步骤繁琐、用料多且工艺参数难以控制的问题。
技术实现思路
针对上述技术问题，本申请提供一种柔性电介质体、柔性压力传感器及其各自的制备方法，能够使柔性压力传感器的压力检测范围以及灵敏度同时得到提高，工艺简单、成本低廉。为解决上述技术问题，本申请提供的一种柔性电介质体，所述柔性电介质体的一侧表面具有微结构图案，所述柔性电介质体的内部具有微孔结构。其中，所述微结构图案包括微凸结构图案。其中，所述微结构图案为锥体阵列，所述锥体的高度为1～200μm，相邻锥体间隔10～500μm。其中，所述微孔结构包括直径为10～300μm的孔，所述微孔结构中的每个孔均与外部连通。本申请还提供一种柔性电介质体的制备方法，包括：提供一侧表面刻蚀微结构图案的模板；将电介质材料与造孔颗粒、固化剂混合均匀，得到混合物；将所述混合物涂覆在所述模板的微结构图案侧并固化成型；去除所述模板及所述造孔颗粒，得到表面具有微结构图案和内部具有微孔结构的柔性电介质体。其中，所述模板为水溶性高分子模板，所述提供一侧表面刻蚀微结构图案的模板的步骤，包括：采用激光在所述水溶性高分子模板的一侧表面刻蚀微结构图案。其中，所述造孔颗粒为水溶性颗粒，所述去除所述模板及所述造孔颗粒，得到表面具有微结构和内部具有微孔结构的柔性电介质体的步骤，包括：采用超声清洗溶解去除所述模板及所述造孔颗粒。其中，所述激光的单脉冲能量范围为20～300μJ，所述激光的扫描速度范围为100～3000mm/s。其中，所述造孔颗粒的质量占所述电介质材料与所述造孔颗粒的总质量的比例大于或等于60％且小于或等于90％。本申请还提供一种柔性电介质体的制备方法，包括：将电介质材料与造孔颗粒、固化剂混合均匀，得到混合物；将所述混合物固化成型；在固化成型后的混合物的一侧表面刻蚀微结构图案；去除所述造孔颗粒，得到表面具有微结构图案和内部具有微孔结构的柔性电介质体。其中，所述在固化成型后的混合物的一侧表面刻蚀微结构图案的步骤，包括：采用激光在固化成型后的混合物的一侧表面刻蚀微结构图案。其中，所述激光的单脉冲能量范围为20～300μJ，所述激光的扫描速度范围为100～3000mm/s。其中，所述造孔颗粒的质量占所述电介质材料与所述造孔颗粒的总质量的比例大于或等于60％且小于或等于90％。其中，所述造孔颗粒为水溶性颗粒，所述去除所述造孔颗粒，得到表面具有微结构图案和内部具有微孔结构的柔性电介质体的步骤，包括：采用超声清洗溶解去除所述造孔颗粒。本申请还提供一种柔性电介质体，采用如上所述的第一种柔性电介质体的制备方法制备得到，或采用如上所述的第二种柔性电介质体的制备方法制备得到。本申请还提供一种柔性压力传感器，包括上基板、下基板及介电层，所述上基板的一侧形成有上导电层，所述下基板的一侧形成有下导电层，所述介电层由至少两片如上所述的柔性电介质体层叠而成，所述介电层相对的两侧具有微结构图案，所述微结构图案分别与所述上导电层和所述下导电层接触。本申请还提供一种柔性压力传感器的制备方法，包括：提供如上所述的柔性电介质体，将所述柔性电介质体层叠形成介电层，使得所述介电层相对的两侧具有微结构图案；提供上基板与下基板；在所述上基板与所述下基板上分别形成导电层；将所述下基板、所述介电层及所述上基板依次叠放，使位于所述介电层一侧的微结构图案与所述下基板的导电层接触，位于所述介电层另一侧的微结构图案与所述上基板的导电层接触，得到柔性压力传感器。其中，所述提供上基板与下基板的步骤，包括：将基板材料与固化剂混合均匀，得到混合液；在载板上涂覆所述混合液并固化成型；剥离所述载板，得到固化成型的上基板和下基板。其中，在所述上基板与所述下基板上分别形成导电层的步骤，包括：分别在所述上基板及所述下基板的一侧表面旋涂碳纳米管或者石墨烯，干燥得到导电层；或，分别在所述上基板及所述下基板的一侧表面喷涂银纳米线，干燥得到导电层；或，分别在所述上基板及所述下基板的一侧表面蒸镀钛薄膜作为粘附层，再在所述粘附层上蒸镀金薄膜，得到导电层。其中，柔性压力传感器的制备方法，还包括：分别在所述上基板和所述下基板的导电层上形成银导电胶，形成上导电极与下导电极。本申请的柔性电介质体的一侧表面具有微结构图案，柔性电介质体的内部具有微孔结构，在受力过程中，表面的微结构图案先发生变形，实现高灵敏度，随着压力增大，内部的微孔结构发生变形，增大压力测试范围。本申请的柔性压力传感器使用所述柔性电介质体作为介电层。此外，本申请通过在模板上刻蚀微结构图案的方式在柔性电介质体的表面形成对应的微结构图案，并直接去除模板与造孔颗粒，或者，通过在柔性电介质体的表面刻蚀微结构图案，并直接去除造孔颗粒，制备具有微结构图案和微孔结构的柔性电介质体，工艺简单、成本低廉。本申请还使用所述柔性电介质体制备柔性传感器。通过上述方式，本申请能够提供具有更宽的压力检测范围以及更高的灵敏度的柔性传感器，并且工艺简单、成本低廉。附图说明图1是根据本申请第一实施例示出的柔性电介质体的结构示意图；图2是根据本申请第二实施例示出的柔性电介质体的制备方法的流程示意图；图3是根据本申请第二实施例示出的柔性电介质体的制备方法的工艺示意图；图4是根据本申请第三实施例示出的柔性电介质体的制备方法的流程示意图；图5是根据本申请第三实施例示出的柔性电介质体的制备方法的工艺示意图；图6是根据本申请第四实施例示出的柔性压力传感器的结构示意图；图7是根据本申请第五实施例示出的柔性压力传感器的制备方法的流程示意图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性电介质体，其特征在于，所述柔性电介质体的一侧表面具有微结构图案，所述柔性电介质体的内部具有微孔结构。

【技术特征摘要】
1.一种柔性电介质体，其特征在于，所述柔性电介质体的一侧表面具有微结构图案，所述柔性电介质体的内部具有微孔结构。2.根据权利要求1所述的柔性电介质体，其特征在于，所述微结构图案包括微凸结构图案。3.根据权利要求2所述的柔性电介质体，其特征在于，所述微结构图案为锥体阵列，所述锥体的高度为1～200μm，相邻锥体间隔10～500μm。4.根据权利要求1所述的柔性电介质体，其特征在于，所述微孔结构包括直径为10～300μm的孔，所述微孔结构中的每个孔均与外部连通。5.一种柔性电介质体的制备方法，其特征在于，包括：提供一侧表面刻蚀微结构图案的模板；将电介质材料与造孔颗粒、固化剂混合均匀，得到混合物；将所述混合物涂覆在所述模板的微结构图案侧并固化成型；去除所述模板及所述造孔颗粒，得到表面具有微结构图案和内部具有微孔结构的柔性电介质体。6.根据权利要求5所述的柔性电介质体的制备方法，其特征在于，所述模板为水溶性高分子模板，所述提供一侧表面刻蚀微结构图案的模板的步骤，包括：采用激光在所述水溶性高分子模板的一侧表面刻蚀微结构图案。7.根据权利要求6所述的柔性电介质体的制备方法，其特征在于，所述造孔颗粒为水溶性颗粒，所述去除所述模板及所述造孔颗粒，得到表面具有微结构和内部具有微孔结构的柔性电介质体的步骤，包括：采用超声清洗溶解去除所述模板及所述造孔颗粒。8.根据权利要求6所述的柔性电介质体的制备方法，其特征在于，所述激光的单脉冲能量范围为20～300μJ，所述激光的扫描速度范围为100～3000mm/s。9.根据权利要求5所述的柔性电介质体的制备方法，其特征在于，所述造孔颗粒的质量占所述电介质材料与所述造孔颗粒的总质量的比例大于或等于60％且小于或等于90％。10.一种柔性电介质体的制备方法，其特征在于，包括：将电介质材料与造孔颗粒、固化剂混合均匀，得到混合物；将所述混合物固化成型；在固化成型后的混合物的一侧表面刻蚀微结构图案；去除所述造孔颗粒，得到表面具有微结构图案和内部具有微孔结构的柔性电介质体。11.根据权利要求10所述的柔性电介质体的制备方法，其特征在于，所述在固化成型后的混合物的一侧表面刻蚀微结构图案的步骤，包括：采用激光在固化成型后的混合物的一侧表面刻蚀微结构图案。12.根据权利要求11所述的柔性电介质体的制备方法，其特征在于，所述激光的单脉冲能量范围为20～300μJ，所述激光的扫描速度范围为100～...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，杜琦峰，陈颖，
申请(专利权)人：浙江清华柔性电子技术研究院，清华大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33