压力传感器及其制备方法、应用和颅内压检测设备技术

本发明专利技术涉及一种压力传感器及其制备方法、应用和颅内检测设备。上述压力传感器包括：弹性聚合物层和填充在弹性聚合物层内部的液态金属，弹性聚合物层内部设有蛇形通道，液态金属填充在蛇形通道内。上述压力传感器具有柔性且灵敏度高。

【技术实现步骤摘要】
压力传感器及其制备方法、应用和颅内压检测设备
本专利技术涉及传感器领域，特别是涉及一种柔性压力传感器及其制备方法、应用和颅内压检测设备。
技术介绍
压力传感器是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成输出的电信号的器件或装置。传统的压力传感器以机械结构型的器件为主，以弹性元件的形变指示压力，但这种结构尺寸大、质量重，不能提供电信号输出。因此，近年来相关专家们正致力于研发具有较好柔韧性、稳定可靠的压力传感器。对于柔性压力传感器的研发可基于多种工作原理，包括压阻式、电容式、压电式等，其所用的基础材料也是种类繁多，包括纳米线、碳纳米管、聚合物纳米纤维、金属纳米颗粒、石墨烯等。长期以来，传感器的材料通常采用的是固体金属材料，但是固体金属材料往往存在质地坚硬、柔韧性差、灵敏度低等缺点。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种灵敏度高且柔韧性好的压力传感器。此外，还提供一种压力传感器的制备方法、应用和颅内压检测设备。一种压力传感器，包括：弹性聚合物层和填充在所述弹性聚合物层内部的液态金属，所述弹性聚合物层内部具有蛇形通道，所述液态金属填充在所述蛇形通道内。在其中一个实施例中，所述蛇形通道的宽度为1μm～1cm，所述蛇形通道的高度为1μm～1cm，所述蛇形通道的长度为500μm～3m。在其中一个实施例中，所述蛇形通道的宽度为300μm～2000μm，所述蛇形通道的高度为50μm～2000μm，所述蛇形通道的长度为200mm～2000mm。在其中一个实施例中，所述弹性聚合物层的厚度为10μm～5mm。在其中一个实施例中，所述弹性聚合物层的厚度为200μm～1000μm。在其中一个实施例中，所述液态金属包括水银、镓、铷、铯及镓基合金中的一种，所述镓基合金包括镓铟合金及镓铟锡合金中的一种。在其中一个实施例中，所述弹性聚合物层的材料包括聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇、聚偏氟乙烯、聚酯、硅胶、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯弹性体橡胶及聚乳酸中的至少一种。在其中一个实施例中，所述压力传感器还包括两个引线，两个所述引线分别与所述蛇形通道的两端连接，且两个所述引线均插入所述液态金属内，以传输所述液态金属的电阻变化。一种压力传感器的制备方法，包括如下步骤：提供模板，所述模板具有蛇形通道；在所述模板的所述蛇形通道内填充液态金属，然后冷却使所述液态金属凝固；将凝固后的液态金属与模板剥离，得到固态金属；及将所述固态金属层叠在第一弹性聚合物层上，然后在所述固态金属上层叠第二弹性聚合物层，以完全包裹所述固态金属，得到压力传感器。在其中一个实施例中，所述在所述固态金属上层叠第二弹性聚合物层的步骤包括：在所述固态金属表面覆盖前驱体，得到层叠件，其中，所述前驱体包括制备所述第二弹性聚合物层的预聚物和固化剂；及对所述层叠件中的所述前驱体进行固化处理，以形成所述第二弹性聚合物层。在其中一个实施例中，所述对所述层叠件中的所述前驱体进行固化处理的步骤包括：对所述层叠件进行加热处理，加热的温度为20℃～500℃。在其中一个实施例中，所述冷却使所述液态金属凝固的中，温度为-80℃～25℃。在其中一个实施例中，还包括采用3D打印的方式、光刻的方式或离子刻蚀的方式制备所述模板的步骤。一种颅内压检测设备，包括上述压力传感器或由上述压力传感器的制备方法制备得到的压力传感器。上述压力传感器或由上述压力传感器的制备方法制备得到的压力传感器在制备可穿戴电子皮肤、制备智能服装或制备运动检测设备中的应用。上述压力传感器以弹性聚合物层包覆液态金属，且液态金属填充在弹性聚合物层的蛇形通道内，当压力传感器受到外界压力时，压力传感器的弹性聚合物层受力变形，使得蛇形通道的横截面积发生变化，导致液态金属的电阻发生变化，从而输出为电信号而检测到压力的变化。上述压力传感器的弹性聚合物层在受力后会发生弹性形变，在不受力时又能恢复原状，并以液态金属填充在弹性聚合物层内，使得上述压力传感器具有柔性。另外，将填充液态金属的通道设置为蛇形通道，能够增加通道的长度，减小通道的横截面积，从而使液态金属的电阻变化更灵敏。因此，上述压力传感器具有柔性且灵敏度高。附图说明图1为一实施方式的压力传感器的结构示意图；图2为一实施方式的压力传感器的制备方法的工艺流程图；图3-a为测试部分用到的开口的塑料壳的结构示意图；图3-b为采用实施例1的压力传感器测试过程中的示意图；图4为实施例1的压力传感器的电阻随时间变化的曲线图；图5为实施例1的压力传感器的电阻增量百分比随压力增量的变化曲线图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将结合具体实施方式对本专利技术进行更全面的描述。具体实施方式中给出了本专利技术的较佳的实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。需要说明的是，在本文中，蛇形通道指的是多次迂回的通道。请参阅图1，一实施方式的压力传感器100，包括：弹性聚合物层110和填充在弹性聚合物层110内部的液态金属(图未示)。其中，弹性聚合物层110内部设有蛇形通道112，液态金属填充在蛇形通道112内。具体地，在其中一个实施例中，蛇形通道112的宽度为1μm～1cm，蛇形通道112的高度为1μm～1cm，蛇形通道112的长度为500μm～3m。弹性聚合物层110的厚度为10μm～5mm。进一步地，蛇形通道112的宽度为300μm～2000μm，蛇形通道112的高度为50μm～2000μm，蛇形通道112的长度为200mm～2000mm。弹性聚合物层110的厚度为200μm～1000μm。蛇形通道112的长度较长，高度和宽度较小，当弹性聚合物层110发生形变时，蛇形通道112的横截面发生变化，从而使处在狭长的蛇形通道112内的液态金属的电阻发生变化。可以理解的是，上述压力传感器100能够通过调整蛇形通道112的尺寸，例如增加蛇形通道112的总长度，减小高度和宽度，从而提高压力传感器100的灵敏度。将弹性聚合物层的厚度设置为上述值，一方面能够完全包裹并承载液态金属，另一方面，上述厚度的弹性聚合物层还能在外界压力下发生形变。具体地，弹性聚合物层110的材料包括聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇、聚偏氟乙烯、聚酯、硅橡胶、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯弹性体及聚乳酸中的至少一种。上述弹性聚合物层110能够在压力作用下发生形变，从而引起蛇形通道112的横截面发生变化，液态金属的电阻随之发生变化，从而检测压力，而当压力作用消失时，弹性聚合物层110能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压力传感器，其特征在于，包括：弹性聚合物层和填充在所述弹性聚合物层内部的液态金属，所述弹性聚合物层内部设有蛇形通道，所述液态金属填充在所述蛇形通道内。/n

【技术特征摘要】
1.一种压力传感器，其特征在于，包括：弹性聚合物层和填充在所述弹性聚合物层内部的液态金属，所述弹性聚合物层内部设有蛇形通道，所述液态金属填充在所述蛇形通道内。


2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述蛇形通道的宽度为1μm～1cm，所述蛇形通道的高度为1μm～1cm，所述蛇形通道的长度为500μm～3m；及/或，
所述弹性聚合物层的厚度为10μm～5mm。


3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述蛇形通道的宽度为300μm～2000μm，所述蛇形通道的高度为50μm～2000μm，所述蛇形通道的长度为200mm～2000mm；及/或，
所述弹性聚合物层的厚度为200μm～1000μm。


4.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述液态金属包括水银、镓、铷、铯及镓基合金中的一种，所述镓基合金包括镓铟合金及镓铟锡合金中的一种；及/或，
所述弹性聚合物层的材料包括聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇、聚偏氟乙烯、聚酯、硅橡胶、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯弹性体及聚乳酸中的至少一种。


5.根据权利要求1～4任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器还包括两个引线，两个所述引线分别与所述蛇形通道的两端连接，且两个所述引线均插入所述液态金属内，以传输所述液态金属的电阻变化。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴宰源，张宝月，黄子懿，金絃洙，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44