电阻式柔性压力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种电阻式柔性压力传感器及其制备方法，所述制备方法包括：提供第一柔性衬底，采用激光刻蚀所述第一柔性衬底的一表面，形成至少两种高度的微结构；在所述第一柔性衬底带有所述微结构的表面形成导电层，得到第一柔性基板；提供第二柔性基板，其中，所述第二柔性基板包括第二柔性衬底以及设于所述第二柔性衬底一表面上的电极；以及将所述第二柔性基板层叠设置于所述第一柔性基板上，且使所述电极与部分所述导电层相接触，得到电阻式柔性压力传感器。所述制备方法工艺简单、易控制，适合工业化大规模生产，且获得的传感器能够在提高灵敏度的同时提高检测范围和可靠性。

Resistance type flexible pressure sensor and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
电阻式柔性压力传感器及其制备方法
本专利技术涉及柔性电子
，特别是涉及电阻式柔性压力传感器及其制备方法。
技术介绍
传统的电阻式柔性压力传感器中，微结构主要采用硅模刻蚀、磁控溅射、氧等离子体处理、3D打印等方法制备，不仅步骤繁琐、用料多，而且工艺参数难以控制。此外，传统的电阻式柔性压力传感器很难做到保持高灵敏度的同时还能拥有宽泛的检测范围，在极低的感应方面也有所欠缺。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种电阻式柔性压力传感器及其制备方法；所述制备方法工艺简单、易控制，适合工业化大规模生产，且获得的传感器能够在提高灵敏度的同时提高检测范围和可靠性。一种电阻式柔性压力传感器的制备方法，包括：提供第一柔性衬底，采用激光刻蚀所述第一柔性衬底的一表面，形成至少两种高度的微结构；在所述第一柔性衬底带有所述微结构的表面形成导电层，得到第一柔性基板；提供第二柔性基板，其中，所述第二柔性基板包括第二柔性衬底以及设于所述第二柔性衬底一表面上的电极；以及将所述第二柔性基板层叠设置于所述第一柔性基板上，且使所述电极与部分所述导电层相接触，得到电阻式柔性压力传感器。在其中一个实施例中，同一高度的所述微结构的数量为大于等于2个。在其中一个实施例中，相邻的两个所述微结构之间的高度不同。在其中一个实施例中，所述微结构的截面宽度自所述第一柔性衬底的底部向远离所述第一柔性衬底的方向逐渐减小。在其中一个实施例中，所述激光刻蚀的条件为：波长小于等于355nm，激光脉冲宽度小于或等于皮秒量级，单脉冲能量为1μJ～200μJ，扫描速度为50mm/s～3000mm/s。在其中一个实施例中，所述导电层的形成步骤包括：提供含导电材料的溶液，将所述溶液形成于所述微结构的表面，固化得到所述导电层。在其中一个实施例中，所述导电材料包括银纳米线、碳纳米管、石墨烯中的至少一种。在其中一个实施例中，所述电极包括叉指电极。在其中一个实施例中，所述第一柔性衬底与所述第二柔性衬底的材料均包括聚二甲基硅氧烷、热塑性聚氨酯弹性体、聚三亚甲基碳酸酯中的至少一种。一种电阻式柔性压力传感器，包括：第一柔性基板，所述第一柔性基板包括第一柔性衬底以及设于所述第一柔性衬底一表面上的至少两种高度的微结构，在所述第一柔性衬底带有所述微结构的表面设置有导电层，且所述第一柔性衬底与所述微结构为一体结构；第二柔性基板，所述第二柔性基板包括第二柔性衬底以及设于所述第二柔性衬底一表面上的电极，所述第二柔性基板与所述第一柔性基板层叠设置，且所述电极与部分所述导电层相接触。本专利技术的制备方法中，直接采用激光刻蚀的方法在绝缘柔性衬底的表面得到微结构，工艺简单、成本低廉、环保无污染、可大规模工业化生产。同时，获得的微结构具有两种及以上不同的高度的，即，具有多层级的微结构，从而，使得传感器能够在提高灵敏度的同时提高检测范围和可靠性。具体地，在压力作用下，高度最高的第一层级微结构首先变形，使得导电层与电极的接触面积增加，传感器的导电通路增多，灵敏度曲线呈直线，灵敏度高。随着压力的增大，高度次之的第二层级微结构、第三层级微结构等依次与电极接触，进一步增加传感器的导电通路，保持传感器的灵敏度。从而，通过多层级的微结构可以增大传感器的饱和接触面积，增多导电通路，延长其压力线性响应范围，进而在提高传感器灵敏度的同时提高了检测范围和可靠性。附图说明图1为一实施方式的预制图形；图2为图1所示预制图形对应的微结构示意图；图3为另一实施方式的预制图形；图4为本专利技术电阻式柔性压力传感器的结构示意图；图5为本专利技术实施例1与对比例1、对比例2的传感器的电阻变化率与压力关系曲线图，其中，a为实施例1、b为对比例1、c为对比例2。图中：1、第一柔性基板；2、第二柔性基板；11第一柔性衬底；12、微结构；13、导电层；21、第二柔性衬底；22、电极。具体实施方式以下将结合附图说明对本专利技术提供的电阻式柔性压力传感器及其制备方法作进一步说明。本专利技术提供的电阻式柔性压力传感器的制备方法，包括：S1，提供第一柔性衬底，采用激光刻蚀所述第一柔性衬底的一表面，形成至少两种高度的微结构；S2，在所述第一柔性衬底带有所述微结构的表面形成导电层，得到第一柔性基板；S3，提供第二柔性基板，其中，所述第二柔性基板包括第二柔性衬底以及设于所述第二柔性衬底一表面上的电极；以及S4，将所述第二柔性基板层叠设置于所述第一柔性基板上，且使所述电极与部分所述导电层相接触，得到电阻式柔性压力传感器。步骤S1中，第一柔性衬底的厚度为50μm～200μm，所述第一柔性衬底的材料为含C的绝缘高分子材料，包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)中的至少一种，进一步优选为生物相容性和热稳定性相对优异的PDMS。本专利技术中，所述第一柔性衬底通过旋涂获得，具体过程包括：(1)提供含第一柔性衬底材料的混合液；(2)将所述溶液旋涂于载体上，固化，得到所述第一柔性衬底。其中，步骤(1)的所述混合液中还包括固化剂，优选地，第一柔性衬底材料与固化剂的质量比为10:(0.9～1.1)。因为，当固化剂不足时，第一柔性衬底材料固化后形成的基体层变软，拉伸性能下降；当固化剂过多时，第一柔性衬底材料固化后形成的基体层变硬，拉伸性能同样下降。进一步地，步骤(1)还包括除去所述混合液中的气泡，以避免在第一柔性衬底中形成孔洞。具体地，所述除去气泡的方法可以为：在1Torr～0.1Torr的真空条件下放置10min～30min。步骤(2)中，所述载体优选为玻璃基板，所述旋涂的转速为50rpm～2000rpm，旋涂的时间为10s～30s，所述固化的温度为25℃～150℃，固化的时间为0.25h～24h。激光刻蚀前，先采用CAD等计算机软件绘制预制图形，然后将绘制的预制图形导入激光刻蚀设备的软件中，使激光按照绘制的预制图形进行扫描，刻蚀得到所述微结构。具体地，如图1所示，采用CAD软件绘制预制图案，图中，B1区域和B2区域分别用线条进行了填充，且线条之间的间距相等，于C区域处交叉形成网格填充。将该预制图形导入激光刻蚀设备的软件后，激光刻蚀时，激光沿所填充的线条进行扫描，即，预制图案中A区域无激光扫描，B1区域和B2区域激光扫描一次，C区域激光扫描两次，刻蚀得到如图2所示的微结构，图2中，微结构高度为A＞B1＝B2＞C，共三种高度的微结构。如图3所示，B3区域与B1区域填充的线条数相同，但B3区域的面积小于B1区域，所以，B3区域刻蚀后对应的微结构形状与B1区域相同，但高度不同，刻蚀得到的微结构中，微结构高度为A＞B1＞B3＞C，共四种高度的微结构。进一步地，在图3的基础上，如果B3区域与B1区域填充的线条数也不相同，即B3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电阻式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括：/n提供第一柔性衬底，采用激光刻蚀所述第一柔性衬底的一表面，形成至少两种高度的微结构；/n在所述第一柔性衬底带有所述微结构的表面形成导电层，得到第一柔性基板；/n提供第二柔性基板，其中，所述第二柔性基板包括第二柔性衬底以及设于所述第二柔性衬底一表面上的电极；以及/n将所述第二柔性基板层叠设置于所述第一柔性基板上，且使所述电极与部分所述导电层相接触，得到电阻式柔性压力传感器。/n

【技术特征摘要】
1.一种电阻式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括：
提供第一柔性衬底，采用激光刻蚀所述第一柔性衬底的一表面，形成至少两种高度的微结构；
在所述第一柔性衬底带有所述微结构的表面形成导电层，得到第一柔性基板；
提供第二柔性基板，其中，所述第二柔性基板包括第二柔性衬底以及设于所述第二柔性衬底一表面上的电极；以及
将所述第二柔性基板层叠设置于所述第一柔性基板上，且使所述电极与部分所述导电层相接触，得到电阻式柔性压力传感器。


2.根据权利要求1所述的电阻式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，同一高度的所述微结构的数量为大于等于2个。


3.根据权利要求1所述的电阻式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，相邻的两个所述微结构之间的高度不同。


4.根据权利要求1所述的电阻式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述微结构的截面宽度自所述第一柔性衬底的底部向远离所述第一柔性衬底的方向逐渐减小。


5.根据权利要求1所述的电阻式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述激光刻蚀的条件为：波长小于等于355nm，激光脉冲宽度小于或等于皮秒量级，单脉冲能量为1μJ～200μJ，扫描速度为50mm/s～3000...

【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