柔性应变传感器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性应变传感器，包括：衬底；以及金属薄膜层，所述金属薄膜层形成在衬底上；其中，所述衬底的厚度为10μm‑25μm。根据本发明专利技术公开的应变传感器，金属薄膜层可以快速灵敏地对外界应变进行响应，而且采用厚度为10μm‑25μm的衬底具有更优异的机械顺从性，从而对于应变刺激具有更高的灵敏度，能够快速灵敏地对应变刺激进行响应。

Flexible strain sensor and its fabrication

【技术实现步骤摘要】
柔性应变传感器及其制作方法
本专利技术涉及应变测量领域，具体涉及一种柔性应变传感器及其制作方法。
技术介绍
由于基于裂纹层叠结构的应变传感器具有较高的灵敏度，其被广泛应用于电子皮肤领域，以对外界刺激如压力、应变和温度等进行响应。然而该类型柔性应变传感器在实际应用中仍有很大的局限性，首先由于应变传感器的衬底较厚，导致了其较低的机械顺从性，进而限制了应变传感器在不同弯曲表面的应用。其次，在制备应变传感器时，其导电薄膜的活性材料成本高，制备过程复杂，而且该类型的传感器无法对微小应变的刺激进行响应。
技术实现思路
有鉴于此，为了克服上述问题的至少一个方面，本专利技术的实施例提供一种柔性应变传感器，该柔性应变传感器包括衬底以及金属薄膜层，所述金属薄膜层形成在所述衬底上；其中，所述衬底的厚度为10μm-25μm。进一步地，所述衬底的厚度为15μm。进一步地，所述衬底采用弹性高分子聚合物制成。进一步地，所述弹性高分子聚合物包括聚二甲基硅氧烷。进一步地，其特征在于，所述金属薄膜层具有裂纹层叠结构。进一步地，所述金属薄膜层采用金、银、铝或氧化铟锡制成，优选采用银制成。进一步地，所述金属薄膜层包括成“工”字型设置的金属薄膜层第一部分、金属薄膜层第二部分和金属薄膜层第三部分，所述金属薄膜层第二部分位于所述金属薄膜层第一部分和金属薄膜层第三部分之间。进一步地，所述金属薄膜层第二部分的尺寸为1mm×2mm-100mm×200mm；所述金属薄膜层第一部分和所述金属薄膜层第三部分的尺寸为1mm×2mm-100mm×200mm。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术还提供了一种应变传感器的制作方法，包括以下步骤：S1，提供牺牲层；S2，在所述牺牲层上形成衬底，其中所述衬底的厚度为10μm-25μm；S3，在所述衬底上形成金属薄膜层；以及S4，去除牺牲层。进一步地，在步骤S3中，利用磁控溅射法在所述衬底上形成所述金属薄膜层。进一步地，步骤S3还包括：S31，对所述衬底进行预拉伸，形成具有裂纹层叠结构的金属薄膜层。进一步地，在步骤S31中，利用线性马达对所述衬底进行预拉伸。进一步地，利用高速旋涂法在所述牺牲层上形成所述衬底。进一步地，所述衬底采用弹性高分子聚合物制成。进一步地，所述弹性高分子聚合物包括聚二甲基硅氧烷。进一步地，利用去离子水去除所述牺牲层。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点之一：1、本专利技术提供的应变传感器，由于其超薄的衬底从而能够对应变刺激做出高灵敏度的响应，并且具有优异的机械顺从性；2、本专利技术提供的制作应变传感器的方法简单易行，成本低。附图说明通过下文中参照附图对本专利技术所作的描述，本专利技术的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本专利技术有全面的理解。图1为本专利技术实施例提供的柔性应变传感器的剖视图；图2为本专利技术实施例提供的柔性应变传感器的金属薄膜层形状示意图；图3为本专利技术实施例提供的制作柔性应变传感器的方法流程图；图4为利用电子显微镜扫描柔性应变传感器截面得到的照片；图5A为利用电子显微镜扫描金属薄膜层表面得到的照片；图5B为利用电子显微镜扫描柔性应变传感器得到的照片；图6为采用不同厚度的衬底的柔性应变传感器在受到外界应变时，金属薄膜层的相对电阻变化示意图；图7A为柔性应变传感器的金属薄膜层在受到外界应变时的相对电阻变化示意图；图7B为柔性应变传感器的金属薄膜层在受到外界应变时的灵敏度因子变化示意图；图8为应变逐渐增大和应变逐渐减小时的相对电阻变化的比较示意图；图9为在柔性应变传感器受到不同应变时，相对电阻的变化示意图；图10为柔性应变传感器在一定应变下的响应时间示意图；图11为柔性应变传感器在受到不同频率的应变时的相对电阻变化示意图；图12为柔性应变传感器在受到600次0.78％应变时的相对电阻变化示意图；图13为柔性应变传感器感应压力分布的状态示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另外定义，本专利技术使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。下面结合附图，对本专利技术的一些实施方式做详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种应变传感器100，其包括衬底1以及形成在衬底1上的金属薄膜层2。其中，图1示出的衬底1可以采用弹性高分子聚合物制成，优选采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成。这样可以使得制得的衬底1具有优异的柔弹性、惰性及良好的生物相容性，能够适用于基于电阻型结构的应变传感器。在一些实施例中，由于高速旋涂法简单易行，成本低，因此衬底可以利用高速旋涂法制备。在一些实施例中，衬底的厚度为微米级的，例如厚度可以为10μm-25μm，优选为15μm。具体的，如图2所示，金属薄膜层2可以包括金属薄膜层第一部分21、金属薄膜层第二部分22和金属薄膜层第三部分23。在本实施例中，可以通过金属薄膜层第一部分21和金属薄膜层第三部分23引出导线，并通过金属薄膜层第二部分22感应压力应变。金属薄膜层第二部分22位于金属薄膜层第一部分21和金属薄膜层第三部分23之间，且金属薄膜层第一部分21和金属薄膜层第三部分23大小形状相同，即金属薄膜层第一部分21的宽度等于金属薄膜层第三部分23的宽度。而且金属薄膜层第二部分22的宽度小于金属薄膜层第一部分21的宽度和/或金属薄膜层第三部分23的宽度。这样，金属薄膜层第一部分21、金属薄膜层第二部分22和金属薄膜层第三部分23可以形成“工”字形的形状。在本实施例中，金属薄膜层第二部分22的尺寸可以为1mm×2mm-100mm×200mm，优选为4mm×15mm，金属薄膜层第一部分21和金属薄膜层第三部分23的尺寸可以为1mm×2mm-100mm×200mm，优选为2mm×8mm。当然，在其他实施例中，可以根据实际情况减小或增加金属薄膜层第一部分21、金属薄膜层第二部分22和金属薄膜层第三部分23的面积，以满足实际需求。在一些实施例中，金属薄膜层2可以采用金、银、铝、氧化铟锡(ITO)等制成，优选采用银(Ag)制成。这样使得制得的金属薄膜层2能够具有良好的导电性、稳定性及生物相容性，能够适用于基于电阻型结构的应变传感器。在一些实施例中，由于通过磁控溅射获得的金属薄膜层2能够与衬底1结合较好，厚度均匀，制备简单，易于工业化，因此金属薄膜层2可以通过磁控溅射制得，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性应变传感器，包括：/n衬底；以及/n金属薄膜层，所述金属薄膜层形成在所述衬底上；/n其中，所述衬底的厚度为10μm-25μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性应变传感器，包括：
衬底；以及
金属薄膜层，所述金属薄膜层形成在所述衬底上；
其中，所述衬底的厚度为10μm-25μm。


2.如权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述衬底的厚度为15μm。


3.如权利要求1或2所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述衬底采用弹性高分子聚合物制成。


4.如权利要求3所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述弹性高分子聚合物包括聚二甲基硅氧烷。


5.如权利要求1-4中任一项所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述金属薄膜层具有裂纹层叠结构。


6.如权利要求1-5中任一项所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述金属薄膜层采用金、银、铝或氧化铟锡制成，优选采用银制成。


7.如权利要求1-6中任一项所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述金属薄膜层包括成“工”字型设置的金属薄膜层第一部分、金属薄膜层第二部分和金属薄膜层第三部分，所述金属薄膜层第二部分位于所述金属薄膜层第一部分和金属薄膜层第三部分之间。


8.如权利要求7所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述金属薄膜层第二部分的尺寸为1mm×2mm-100mm×200mm；所述金属薄膜层第一部分和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘曹峰，鲍容容，李静，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11