一种柔性电容式压力传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种柔性电容式压力传感器，包括电极层、介电层和加厚层，所述电极层复合在介电层的一侧面以构成电极结构，而两组电极结构的介电层通过复合形成柔性电容式压力传感器本体；所述介电层的另一侧面通过模具成型加工有若干个圆柱凸起，且每相邻的四个圆柱凸起之间的间隙用于卡入另一介电层上对应的圆柱凸起，从而能够实现稳定的拼接，同时纵向和横向相邻的两个圆柱凸起之间还具有空隙，所述圆柱凸起的端部开设有十字形凹槽。本发明专利技术通过电极层和介电层形成柔性电容式压力传感器的基本结构，同时通过介电层的一侧面成形加工出圆柱凸起并通过电极结构能够实现快速的复合，其能够极大的提高生产效率。

A flexible capacitive pressure sensor

【技术实现步骤摘要】
一种柔性电容式压力传感器
本专利技术涉及传感器，具体是一种柔性电容式压力传感器。
技术介绍
目前，越来越多的特殊信号和特殊环境要求传感器具有透明、柔韧、延展、可自由弯曲甚至折叠、便于携带、可穿戴等特性。因此，研制高性能、低成本的柔性压力传感器具有十分广阔的应用前景。从敏感机制上看，目前报导出的柔性压力传感器的类型主要可以分为电阻式压力传感器和电容式压力传感器两种。从结构设计上看，这两种类型的柔性压力传感器的结构非常类似，一般都包含两层柔性电极和一层柔性压敏材料。电阻式柔性压力传感器的优点主要是灵敏度高，器件的制备和表征比较方便，但是，这种类型的压力传感器不适合低功耗应用。对于柔性电容式传感器，压力作用下压敏电介质受压发生形变，电容值发生变化。电容变化的因素包括两个方面:一方面，压力作用使电容的极板间距发生变化。另一方面，压力的作用使电介质的介电常数发生变化。与电阻式柔性压力传感器相比，电容式柔性压力传感器具有一个典型的优点是低功耗，因此，受到越来越多的关注。目前性电容式压力传感器的制作方式依旧是多层复合，在制备的时候就实现了层结构的固定，可拓展性不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种柔性电容式压力传感器，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种柔性电容式压力传感器，包括电极层、介电层和加厚层，所述电极层复合在介电层的一侧面以构成电极结构，而两组电极结构的介电层通过复合形成柔性电容式压力传感器本体；所述介电层的另一侧面通过模具成型加工有若干个圆柱凸起，且每相邻的四个圆柱凸起之间的间隙用于卡入另一介电层上对应的圆柱凸起，从而能够实现稳定的拼接，同时纵向和横向相邻的两个圆柱凸起之间还具有空隙，所述圆柱凸起的端部开设有十字形凹槽，十字形凹槽的端部正对纵向和横向相邻的圆柱凸起。作为本专利技术进一步的方案：两组所述的电极结构之间设置加厚层，该加厚层的两侧面同样一体成型有若干个圆柱凸起，加厚层两侧面圆柱凸起的排布与介电层另一侧面圆柱凸起的排布相同。作为本专利技术进一步的方案：所述电极结构的电极层表面通过锡焊固定连接导线的一端，同时通过绝缘胶带将导线加固连接在电极层的表面，当两组电极结构构成柔性电容式压力传感器本体后，即可通过将两根导线分别接入检测电路输入端正负极实现检测。作为本专利技术进一步的方案：所述电极层的材料原料包括以下重量份的组分：纳米银100-120份、导电添加剂10-20份、粘结剂8-12份、分散剂4-6份。作为本专利技术进一步的方案：所述导电添加剂为导电炭纤维。作为本专利技术进一步的方案：所述介电层的材料原料包括以下重量份的组分：聚二甲基硅氧烷100-120份、硅胶40-60份、发泡剂10-12份、固化剂10-12份。作为本专利技术进一步的方案：所述电极结构的制备方法，包括以下几个步骤：(1)介电层的制作：将硅胶、发泡剂、聚二甲基硅氧烷使用高速离心机将上述的原料混合均匀；在模具成型前将固化剂加入到上述的混合物中并再次混合均匀；准备模具，将模具预热到50-60摄氏度，然后将混合液注入到模具中，并将模具的温度升到100-120摄氏度，同时保持温度30-40分钟，待完全固化后，将介电层取出；(2)电极层的制备：将导电添加剂、粘结剂、分散剂军研磨成粉末，粉末的大小为800-1000目，并将各种粉末与纳米银混合在一起，加水制作成分散液；(3)将电极层构成的原料制作成的分散液涂布在介电层光滑的一面，并置于真空装置中保持真空，待分散液中的电极层材料在介电层的表面附着后即可，以构成电极结构。作为本专利技术进一步的方案：所述的介电层成形模具内部型腔与介电层结构互补，同时模具上模和下模内任意一侧面开设有与圆柱凸起配合的凹槽，同时模具的外表面还安装有电加热单元。作为本专利技术进一步的方案：所述模具还包括加厚层模具，加厚层与介电层的材料以及成形方法也一致，该加厚层模具的上模内侧面和下模内侧面均开设有与圆柱凸起配合的凹槽。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过电极层和介电层形成柔性电容式压力传感器的基本结构，同时通过介电层的一侧面成形加工出圆柱凸起并通过电极结构能够实现快速的复合，其能够极大的提高生产效率。本专利技术还可以拓展加厚层，加厚层采用同样的结构设计，进而能够进行不同灵敏度批量化的生产。另外，本专利技术采用介电层的材料和制作工艺，能够保证介电层具有较好的弹性，以及较大的介电常数。附图说明图1为柔性电容式压力传感器的结构示意图。图2为柔性电容式压力传感器中电极层表面与导线的结构示意图。图3为柔性电容式压力传感器中介电层一侧面的结构示意图。图中：电极层1、介电层2、加厚层3、圆柱凸起21、十字形凹槽22、导线4。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。请参阅图1～3，本专利技术实施例中，一种柔性电容式压力传感器，包括电极层1、介电层2和加厚层3，所述电极层1复合在介电层2的一侧面以构成电极结构，而两组电极结构的介电层2通过复合形成柔性电容式压力传感器本体，即通过改变两层电极层1之间的间距实现电容的变化，进而实现压力传感。所述介电层2的另一侧面通过模具成型加工有若干个圆柱凸起21，且每相邻的四个圆柱凸起21之间的间隙用于卡入另一介电层2上对应的圆柱凸起21，从而能够实现稳定的拼接，同时纵向和横向相邻的两个圆柱凸起21之间还具有空隙，所述圆柱凸起21的端部开设有十字形凹槽22，十字形凹槽22的端部正对纵向和横向相邻的圆柱凸起21，当外力施加到传感器表面并导致其发生形变的时候，复合的介电层中气孔总量减小，空气/弹性体混合介电层的介电常数增大，从而由两个原因引起的电容式传感器的电容值上升因素：电极层间距的减小和介电常数的增加，进一步的提高灵敏度。在实际使用的过程中，根据应用的场景可以采用胶水进一步加固粘合。两组电极结构之间设置加厚层3实现间距调整，进而能够进行不同灵敏度批量化的生产，该加厚层3的两侧面同样一体成型有若干个圆柱凸起21，加厚层3两侧面圆柱凸起21的排布与介电层2另一侧面圆柱凸起21的排布相同，以便于多层快速的组装，同时其使用的方式也更开放。所述电极结构的电极层1表面通过锡焊固定连接导线4的一端，同时通过绝缘胶带5将导线4加固连接在电极层1的表面，当两组电极结构构成柔性电容式压力传感器本体后，即可通过将两根导线分别接入检测电路输入端正负极实现检测。进一步的，所述电极层1的材料原料包括以下重量份的组分：纳米银100-120份、导电添加剂10-20份、粘结剂8-12份、分散剂4-6份。其中导电添加剂为导电炭纤维。所述介电层2的材料原料包括以下重量份的组分：聚二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性电容式压力传感器，包括电极层(1)、介电层(2)和加厚层(3)，其特征在于，所述电极层(1)复合在介电层(2)的一侧面以构成电极结构，而两组电极结构的介电层(2)通过复合形成柔性电容式压力传感器本体；所述介电层(2)的另一侧面通过模具成型加工有若干个圆柱凸起(21)，且每相邻的四个圆柱凸起(21)之间的间隙用于卡入另一介电层(2)上对应的圆柱凸起(21)，同时纵向和横向相邻的两个圆柱凸起(21)之间还具有空隙，所述圆柱凸起(21)的端部开设有十字形凹槽(22)，十字形凹槽(22)的端部正对纵向和横向相邻的圆柱凸起(21)。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性电容式压力传感器，包括电极层(1)、介电层(2)和加厚层(3)，其特征在于，所述电极层(1)复合在介电层(2)的一侧面以构成电极结构，而两组电极结构的介电层(2)通过复合形成柔性电容式压力传感器本体；所述介电层(2)的另一侧面通过模具成型加工有若干个圆柱凸起(21)，且每相邻的四个圆柱凸起(21)之间的间隙用于卡入另一介电层(2)上对应的圆柱凸起(21)，同时纵向和横向相邻的两个圆柱凸起(21)之间还具有空隙，所述圆柱凸起(21)的端部开设有十字形凹槽(22)，十字形凹槽(22)的端部正对纵向和横向相邻的圆柱凸起(21)。


2.根据权利要求1所述的柔性电容式压力传感器，其特征在于，两组所述的电极结构之间设置加厚层(3)，该加厚层(3)的两侧面同样一体成型有若干个圆柱凸起(21)，加厚层(3)两侧面圆柱凸起(21)的排布与介电层(2)另一侧面圆柱凸起(21)的排布相同。


3.根据权利要求1或2所述的柔性电容式压力传感器，其特征在于，所述电极结构的电极层(1)表面通过锡焊固定连接导线(4)的一端，同时通过绝缘胶带(5)将导线(4)加固连接在电极层(1)的表面，当两组电极结构构成柔性电容式压力传感器本体后，即可通过将两根导线分别接入检测电路输入端正负极实现检测。


4.根据权利要求3所述的柔性电容式压力传感器，其特征在于，所述电极层的材料原料包括以下重量份的组分：纳米银100-120份、导电添加剂10-20份、粘结剂8-12份、分散剂4-6份。


5.根据权利要求4所述的柔性电容式压力传感器，其特征在于，所述导电添...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆茂盛，孟垂舟，杨丽，王鹏，郭士杰，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12