压力传感器单元及压力传感器制造技术

压力传感器单元及压力传感器，该压力传感器单元包括依次设置的微结构层、柔性导电薄膜层及叉指电极层，在结构层朝向柔性导电薄膜层一侧的表面上形成有多个凸凹微结构。该压力传感器单元具有较高的本征重复性、灵敏度及分辨率。

Pressure sensor unit and pressure sensor

【技术实现步骤摘要】
压力传感器单元及压力传感器
本专利技术涉及柔性设备
，尤其是一种压力传感器单元及压力传感器。
技术介绍
商业化三层式柔性压力传感器由于分开制造后再组装的特性，具备制造简单，成本低、可设计性强。图1所示为现有技术中压力传感器单元的结构示意图，图2所示为图1所示的压力传感器单元多次检测结果的压力-电阻关系图。如图1及图2所示，现有技术中的压力传感器单元一般包括起到保护作用的硬质背板91、导电薄膜92及叉指电极93，导电薄膜92设置于硬质背板91及叉指电极93之间。由于硬质背板91不易变形，且导电薄膜92的脆性较大，导致压力传感器单元难以随着外加压力的改变而实现均匀形变，使得现有的压力传感器单元的本征重复性(即对同一压力传感器进行多次测量，其压力-电阻曲线的重合程度)、线性度(即传感器输入-输出曲线与选定的拟合直线之间的偏差)、灵敏度(即选取压力传感器压力-电阻曲线的斜率为该压力传感器的灵敏度)及分辨率(即最小检出限值)较低，不符合压力传感器发展的需要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种压力传感器单元及压力传感器，该压力传感器单元具有较高的本征重复性、灵敏度及分辨率。本专利技术提供了一种压力传感器单元，包括微结构层、柔性导电薄膜层及叉指电极层，所述柔性导电薄膜层设置于所述微结构层与所述叉指电极层之间，在所述微结构层朝向所述柔性导电薄膜层一侧的表面上形成有多个凸凹微结构。进一步地，所述凸凹微结构呈棱台形、锯齿形、波浪形、半圆形或金字塔形。进一步地，所述微结构层由聚二甲基硅氧烷、Eco-flex、热塑性聚氨酯、聚乙烯醇、氯丁橡胶或丁腈橡胶材质形成。进一步地，所述柔性导电薄膜层由柔性高分子材料和导电无机填料复合而成。进一步地，以质量百分比计所述柔性导电薄膜层中柔性高分子材料为75％-95％，导电无机填料为5％-25％。进一步地，所述柔性高分子材料为苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、热塑性聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、氯丁橡胶或丁腈橡胶。进一步地，所述导电无机填料为碳纳米管、活性炭或还原氧化石墨烯。进一步地，在所述微结构层与所述柔性导电薄膜层之间及所述柔性导电薄膜层与所述叉指电极层之间还设置有粘合层。进一步地，所述粘合层设置于所述微结构层与所述柔性导电薄膜层之间，及所述柔性导电薄膜层与所述叉指电极层之间的非工作区域，使得在所述微结构层与所述柔性导电薄膜层之间，及所述柔性导电薄膜层与所述叉指电极层之间的工作区域形成有间隙层。本专利技术还提供了一种压力传感器，该压力传感器包括上述的压力传感器单元。综上所述，本专利技术通过在微结构层朝向柔性导电薄膜一侧的表面形成凸凹微结构，当压力传感器单元受到压力时，微结构层能够更加容易地发生形变，提高压力传感器单元的灵敏度及分辨率；通过在微结构层与叉指电极之间设置柔性导电薄膜层，柔性导电薄膜层一方面能够进行导电，另一方面也能够对微结构层进行支撑，保证压力传感器单元能够随着外加压力的改变而实现均匀形变。进一步地，通过将柔性导电薄膜层由柔性高分子和导电无机填料复合而成，可以使得压力传感器单元能够对低压范围及中压范围进行检测，增大了压力传感器单元的检测量程，适应于机器人、消费型电子产品、医疗检测设备、可穿戴设备等领域的压力需要。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图1所示为现有技术中压力传感器单元的结构示意图。图2所示为图1所示的压力传感器单元多次检测结果的压力-电阻关系图。图3所示为本专利技术实施例提供的压力传感器单元的结构示意图。图4至图8所示为本专利技术第一至第五实施例中压力传感器单元多次检测结果的压力-电阻关系图。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。本专利技术提供了一种压力传感器单元及压力传感器，该压力传感器单元具有较高的本征重复性、灵敏度及分辨率。图3所示为本专利技术实施例提供的压力传感器单元的结构示意图。如图3所示，本专利技术实施例提供的压力传感器单元包括微结构层10、柔性导电薄膜层20及叉指电极层30，上述的微结构层10、柔性导电薄膜层20及叉指电极层30依次设置，即柔性导电薄膜层20设置于微结构层10及叉指电极层30之间，在微结构层10朝向柔性导电薄膜层20一侧的表面上形成有多个凸凹微结构11。在本实施例中，通过在微结构层10朝向柔性导电薄膜一侧的表面形成凸凹微结构11，当压力传感器单元受到压力时，微结构层10能够更加容易地发生形变，提高压力传感器单元的灵敏度及分辨率；通过在微结构层10与叉指电极层30之间设置柔性导电薄膜层20，柔性导电薄膜层20一方面能够进行导电，另一方面也能够对微结构层10进行支撑，保证压力传感器单元能够随着外加压力的改变而实现均匀形变。因此，本专利技术实施例提供的压力传感器单元能够具有较高的本征重复性、灵敏度及分辨率。进一步地，在本实施例中，凸凹微结构11可以呈棱台形、波浪形、锯齿形、半圆形或金字塔形。多个凸凹微结构11在微结构层10上呈阵列状均匀分布，每一个凸凹微结构11自身的直径可以为10μm-1mm，而相邻的凸凹微结构11之间的距离可以为每一凸凹微结构11自身直径的0-2.5倍。微结构层10可以由聚二甲基硅氧烷，Eco-flex，热塑性聚氨酯，聚乙烯醇，氯丁橡胶或丁腈橡胶等材质形成。在制作时，可以先通过3D打印机打印具有特定孔槽的模板，然后在该模板中填充微结构层10的材料，并浇筑成型。成型后的微结构层10的厚度可以为100μm-5mm。柔性导电薄膜层20为由柔性高分子材料和导电无机填料复合而成的压敏复合层。在本实施例中，柔性高分子材料可以为苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、热塑性聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、氯丁橡胶或丁腈橡胶等；导电无机填料可以为碳纳米管、活性炭或还原氧化石墨烯等。以质量组分计，柔性高分子材料的组分为75％-95％，导电无机填料的组分为5％-25％。成型后的柔性导电薄膜层20的厚度可以为50μm-500μm。在本实施例中，通过使得柔性导电薄膜层20由柔性高分子和导电无机填料复合而成，这可以通过改变柔性高分子材料和导电无机填料的成分及配比，以对柔性导电薄膜层20的弹性形变及弹性模量加以调控。使得较小的力施加于本实施例中的压力传感器单元时，微结构层10会发生形变；而当较大的力施加于压力传感器单元时，柔性导电薄膜层20同样会发生形变，继而使得压力传感器单元对较大的压力进行检测。通过微结构层10及柔性导电薄膜层20的结合，可以使得压力传感器单元能够对低压范围及中压范围进行检测，增大了压力传感器单元的检测量程。进一步地，在在微结构层10、柔性导电薄膜层20及叉指电极层30三者相邻的两层之间，还设置有粘合层41，以实现上述三层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压力传感器单元，其特征在于：包括微结构层、柔性导电薄膜层及叉指电极层，所述柔性导电薄膜层设置于所述微结构层与所述叉指电极层之间，在所述微结构层朝向所述柔性导电薄膜层一侧的表面上形成有多个凸凹微结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种压力传感器单元，其特征在于：包括微结构层、柔性导电薄膜层及叉指电极层，所述柔性导电薄膜层设置于所述微结构层与所述叉指电极层之间，在所述微结构层朝向所述柔性导电薄膜层一侧的表面上形成有多个凸凹微结构。


2.根据权利要求1所述的压力传感器单元，其特征在于：所述凸凹微结构呈棱台形、锯齿形、波浪形、半圆形或金字塔形。


3.根据权利要求1所述的压力传感器单元，其特征在于：所述微结构层由聚二甲基硅氧烷、Eco-flex、热塑性聚氨酯、聚乙烯醇、氯丁橡胶或丁腈橡胶形成。


4.根据权利要求1所述的压力传感器单元，其特征在于：所述柔性导电薄膜层由柔性高分子材料和导电无机填料复合而成。


5.根据权利要求4所述的压力传感器单元，其特征在于：以质量百分比计所述柔性导电薄膜层中柔性高分子材料为75％-95％，导电无机填料为5％-25％。


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【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，傅棋琪，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