压阻材料层、压力传感器及制备方法技术

本申请公开了压阻材料层、压力传感器及制备方法，属于传感器技术领域。该压阻材料层的制备方法包括：将疏松多孔且具有微结构的导电材料分散于第一溶剂中，形成导电材料分散液；将聚合物弹性体溶解于第二溶剂中，形成聚合物溶液；将所述导电材料分散液和所述聚合物溶液混合均匀，形成预固化液；使所述预固化液在衬底上固化成膜，得到所述压阻材料层。该制备方法能显著提高压阻材料层的灵敏度，且压阻材料层能够在电子器件表面直接形成。

Piezoresistive material layer, pressure sensor and preparation method

【技术实现步骤摘要】
压阻材料层、压力传感器及制备方法
本申请涉及传感器
，特别涉及压阻材料层、压力传感器及制备方法。
技术介绍
压阻材料层基于压阻效应提供阻抗变化，能够使压阻式压力传感器表现为相应的电压输出信号。目前，压阻材料层通常采用以下方法制备得到：通过热熔法使聚合物弹性体溶解，再将疏松多孔且具有微结构的导电材料加入其中，均匀混合，然后在衬底上固化成膜即可。采用上述制备方法制备的压阻材料层的灵敏度较低，且热熔温度较高，使得压阻材料层无法直接在电子器件表面成膜。
技术实现思路
本申请实施例提供一种压阻材料层、压力传感器及制备方法，能够提高压阻材料层的灵敏度。所述技术方案如下：一方面，本申请提供了一种压阻材料层的制备方法，所述制备方法包括：将疏松多孔且具有微结构的导电材料分散于第一溶剂中，形成导电材料分散液；将聚合物弹性体溶解于第二溶剂中，形成聚合物溶液；将所述导电材料分散液和所述聚合物溶液混合均匀，形成预固化液；使所述预固化液在衬底上固化成膜，得到所述压阻材料层。另一方面，本申请提供了一种压阻材料层，包括：聚合物弹性体和疏松多孔且具有微结构的导电材料，所述聚合物弹性体包覆于所述导电材料外部，且自所述压阻材料层的顶部至底部，所述聚合物弹性体的含量逐渐增加。另一方面，本申请提供了一种压力传感器，所述压力传感器包括上述的压阻材料层。本申请实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：本申请实施例提供的压阻材料的制备方法，使导电材料预先分散于第一溶剂中，形成导电材料分散液再与聚合物溶液混合，如此可有效改善导电材料在体系中的分散度，防止其发生团簇，利于提高压阻材料层的灵敏度。同时，预固化液固化成膜时，第一溶剂和第二溶剂的逐渐挥发以及聚合物弹性体的重力沉降配合，使得聚合物弹性体在导电材料外部的含量自压阻材料层的顶部到底部逐渐增大，进而使压阻材料层的顶部表现为更明显的微结构，利于提高压阻材料层的灵敏度，而其底部表现为硬性支撑，利于提高承压能力以及其于衬底上的附着力。另外，通过溶剂溶解方式获得预固化液，无高温限制，使其适于直接在电子器件表面固化成膜，同时利于提高压阻材料层与电子器件之间的附着力。附图说明为了更清楚地说明本申请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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请一个示例性实施例提供的压阻材料层的制备方法流程图；图2为本申请一个示例性实施例提供的一种导电材料分散液的制备流程图；图3为本申请一个示例性实施例提供的压阻材料层的制备方法流程图；图4为本申请一个示例性实施例提供的压阻材料层的剖面示意图；图5为本申请一个示例性实施例提供的压阻材料层的压阻原理对应的阶段示意图；图6为本申请一个示例性实施例提供的未包覆热塑性聚氨酯弹性体的碳纳米管的电镜图；图7为本申请一个示例性实施例提供的包覆有热塑性聚氨酯弹性体的碳纳米管的电镜图；图8为本申请一个示例性实施例提供的压阻材料层的顶部的电镜图；图9为本申请一个示例性实施例提供的压阻材料层的底部的电镜图；图10为本申请一个示例性实施例提供的由共聚焦显微镜测试得到的压阻材料层的顶部的三维结构图；图11为本申请一个示例性实施例提供的由共聚焦显微镜测试得到的压阻材料层的底部的三维结构图；图12为本申请一个示例性实施例提供的一类压阻材料层的灵敏度测试曲线图；图13为本申请一个示例性实施例提供的另一类压阻材料层的灵敏度测试曲线图；图14为本申请一个示例性实施例提供的再一类压阻材料层的灵敏度测试曲线图；图15为本申请一个示例性实施例提供的再一类压阻材料层的灵敏度测试曲线图。其中，图6和图7所示电镜图的标尺为100nm；图8和图9所示电镜图的标尺为400nm；图12至图15所涉及的压阻材料层中，碳纳米管与热塑性聚氨酯弹性体的质量比分别为14：100、12：100、7：100、以及6：100。具体实施方式为使本申请的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。首先对本申请的若干个名词进行简介：(1)压阻材料层的灵敏度S＝(△I/I0)/P，其中，I0为未对压阻材料层施加压力之前，流经压阻材料层的初始电流值；△I为对压阻材料层施加一定大小的压力后，流经压阻材料层的电流值I1与初始电流值I0的差值，即，为I1-I0；P为对压阻材料层所施加的压力。(2)导电材料所具有的微结构，指的是导电材料自身表现出的微观尺度下的非均一结构，一般需要借助光学显微镜、电子显微镜或者氦离子束显微镜才能观察到。(3)压阻材料层的底部，指的是压阻材料层与衬底接触的部位，反之，压阻材料层的顶部，指的是压阻材料层远离衬底且与其底部相对的部位。图1示出了利用本申请一个示例性实施例提供的压阻材料层的制备方法流程图，本申请实施例提供了一种压阻材料层的制备方法，该制备方法包括：在步骤101中，将疏松多孔且具有微结构的导电材料分散于第一溶剂中，形成导电材料分散液。在步骤102中，将聚合物弹性体溶解于第二溶剂中，形成聚合物溶液。在步骤103中，将导电材料分散液和聚合物溶液混合均匀，形成预固化液。在步骤104中，使预固化液在衬底上固化成膜，得到压阻材料层。本申请实施例提供的压阻材料的制备方法，使导电材料预先分散于第一溶剂中，形成导电材料分散液再与聚合物溶液混合，如此可有效改善导电材料在体系中的分散度，防止其发生团簇，利于提高压阻材料层的灵敏度。同时，预固化液固化成膜时，第一溶剂和第二溶剂的逐渐挥发以及聚合物弹性体的重力沉降配合，使得聚合物弹性体在导电材料外部的含量自压阻材料层的顶部到底部逐渐增大，进而使压阻材料层的顶部表现为更明显的微结构，利于提高压阻材料层的灵敏度，而其底部表现为硬性支撑，利于提高承压能力以及其于衬底上的附着力。另外，通过溶剂溶解方式获得预固化液，无高温限制，使其适于直接在电子器件表面固化成膜，利于提高压阻材料层与电子器件之间的附着力。本申请实施例中，聚合物弹性体与导电材料的质量比可以为1:100-30:100，例如，可以是2:100、3:100、4:100、5:100、8:100、10:100、15:100、20:100、25:100、30:100等，在该配比范围内，所制备得到的压阻材料层均能表现为较好的压阻效应。而采用热熔法溶解聚合物弹性体，其中所能包含的导电材料含量上限较低，不超过8％，相比热熔法，本申请实施例能显著增加导电材料的掺入量，对于提高压阻材料层的压阻效果及灵敏度具有重要的意义。需要说明的是，步骤101所涉及的导电材料分散液的形成过程和步骤102所涉及的聚合物溶液的形成过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压阻材料层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：/n将疏松多孔且具有微结构的导电材料分散于第一溶剂中，形成导电材料分散液；/n将聚合物弹性体溶解于第二溶剂中，形成聚合物溶液；/n将所述导电材料分散液和所述聚合物溶液混合均匀，形成预固化液；/n使所述预固化液在衬底上固化成膜，得到所述压阻材料层。/n

【技术特征摘要】
1.一种压阻材料层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将疏松多孔且具有微结构的导电材料分散于第一溶剂中，形成导电材料分散液；
将聚合物弹性体溶解于第二溶剂中，形成聚合物溶液；
将所述导电材料分散液和所述聚合物溶液混合均匀，形成预固化液；
使所述预固化液在衬底上固化成膜，得到所述压阻材料层。


2.根据权利要求1所述的压阻材料层的制备方法，其特征在于，所述将疏松多孔且具有微结构的导电材料分散于第一溶剂中，形成导电材料分散液，包括：
将不同的导电材料分别分散于各自对应的第一溶剂中，对应形成不同的导电材料子分散液；
将所述不同的导电材料子分散液混合均匀，形成所述导电材料分散液。


3.根据权利要求1所述的压阻材料层的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：对所述导电材料分散液进行超声波分散处理。


4.根据权利要求1所述的压阻材料层的制备方法，其特征在于，在小于或等于150℃的温度下，使所述预固化液在衬底上固化成膜。


5.根据权利要求1所述的压阻材料层的制备方法，其特征在于，所述导电材料选自碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米球和石墨烯中的至少一种；
所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐建石，赵振璇，戴媛，张正友，原剑，吴华强，钱鹤，高滨，
申请(专利权)人：清华大学，深圳市腾讯计算机系统有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11