一种压力传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种压力传感器及其制备方法和应用，所述压力传感器包括依次层叠设置的至少一个下电极板、介电层和上电极板；所述下电极板的个数为至少两个时，所述压力传感器还包括基板，所述下电极板设置于所述基板上，且所述下电极板的面积相同；所述介电层的制备原料包括全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液、磺酸类树脂溶液、水凝胶或磷酸盐离子液体中的任意一种或至少两种的组合。本发明专利技术所述压力传感器制备方法简单，且在脉搏监测中具有较高的灵敏度测试信号稳定性好，检测准确。

【技术实现步骤摘要】
一种压力传感器及其制备方法和应用
本专利技术涉及医疗器械
，尤其涉及一种压力传感器及其制备方法和应用。
技术介绍
随着科技的发展，近几年电子产品的更新换代越来越快，人们对身体健康的关注程度越来越高，各种可穿戴器件在健康监测的需求中应运而生。以往手环、手表等可穿戴器件对脉搏感知的原理，主要是通过检测器内部所发射的光电信号，以及与在经过皮肤下血管内血流后的反射光进行对比，经过一定的信号处理与计算，得到人体的脉搏信号。然而这些测量脉搏的电子器件存在灵敏度欠缺、制作过程复杂以及测试信号稳定性较差等诸多问题，制作工艺步骤的增多也相对的提高生产的成本，灵敏度和信号稳定性差使得压力传感在测试脉搏时容易产生较大误差。另外，传感器内的光线有可能会使得皮肤产生过敏等不良反应，严重影响其佩戴的舒适性及安全性。近些年来，结合离子与电子导电设计的离电传感器由于结构简单、灵敏度高、驱动电压小、工作稳定、动态响应好受到人们的广泛关注，但其繁琐的制作过程一直是阻碍相关产品发展应用的障碍。为了解决这一瓶颈，许多研究通过利用不同的离子液体简化制作过程。CN111998765A公开了一种一体化的柔性拉伸传感器及其制备方法，其公开的传感器主要包括复合柔性基底、导电传感材料及信号处理电路。柔性基底至少由两种不同弹性模量的材料通过化学键连接而成，通过对多种具有不同弹性模量的材料进行图形化制备，可以对其所受应力大小进行重新分配，实现传感器性能的提升。其公开的导电传感材料，使用离子导电液体作为拉伸应变的感受体，可以实现良好的拉伸性及可靠性。同时其公开了一种一体化柔性拉伸传感器的制备方法。其公开的柔性拉伸传感器具有较大的拉伸量，较高的灵敏度及良好的生物安全性，制备方法简单，可重复性较高，但是其公开的传感器主要是拉伸传感器，在检测脉搏方面具有局限性。CN110146198A公开了一种柔性自供能压力传感器，其公开的压力传感器包括相互贴附设置的介电摩擦层和水凝胶介电层；介电摩擦层和水凝胶介电层的外侧分别依次设置有电极层和保护层，其中：水凝胶介电层为高分子聚合物和导电液体的混合物；介电摩擦层为摩擦介电高分子材料制成；介电摩擦层与水凝胶介电层的接触面上设置有凸起状的微结构。其公开的柔性压力传感器可用于测量结构所受的压力，相比传统压阻传感器、压电传感器和电容传感器，通过自身在受到外界压力来提供电源的构思，使得到的传感器具有柔性、功耗低，灵敏度高且测量时不需要添加电源的优点，其公开的柔性压力在可穿戴传感器和结构表面压力测量方面具有较大的潜在应用价值。但是其公开的压力传感器是通过增加带有凸起的介电摩擦层实现的，制备过程较为复杂。综上所述，开发一种制备方法简单，且在脉搏监测中具有较高的灵敏度的压力传感器至关重要。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种压力传感器及其制备方法和应用，所述压力传感器制备方法简单，且在脉搏监测中具有较高的灵敏度测试信号稳定性好，检测准确。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种压力传感器，所述压力传感器包括依次层叠设置的至少一个(例如一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个等)下电极板、介电层和上电极板；所述下电极板的个数为至少两个时(例如两个、三个、四个、五个、六个、七个等)，所述压力传感器还包括基板，所述下电极板设置于所述基板上，且所述下电极板的面积均相同；所述介电层的制备原料包括全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液、磺酸类树脂溶液、水凝胶或磷酸盐离子液体中的任意一种或至少两种的组合。本专利技术所述压力传感器中下电极板的个数至少是一个，一个电极板时可以满足检测的基本需求，增加下电极板的个数，不同的下电极板分别测试不同区域位置的压力变化情况，相同面积的下电极板保证了电极板与离子介电层的接触面积相同，通过接触面积的变化导致电容的变化，从而感知压力的微小变化，检测效果准确，灵敏度高；除此之外，本专利技术所述介电层采用离子性质的液体作为制备原料，包括全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液、磺酸类树脂溶液、水凝胶或磷酸盐离子液体中的任意一种或至少两种的组合，上述制备原料不仅制备的过程简便，而且有较好的稳定性，导电性，上述制备原料均可以在电极板上形成薄膜状的介电层，所述介电层检测效果好，材料无毒无害，成本低廉。优选地，所述磺酸类化合物溶液包括全氟磺酸萘酚溶液。本专利技术优选全氟磺酸萘酚溶液形成介电层，原因在于材料所形成的离子膜无毒无害，且制备过程简便。优选地，所述磺酸类树脂溶液包括聚苯乙烯磺酸溶液。本专利技术优选聚苯乙烯磺酸溶液形成介电层，原因在于形成的介电层具有较好的稳定性和导电性。优选地，所述水凝胶包括聚丙烯酰胺-金属氯化物水凝胶和/或聚乙烯醇水凝胶。本专利技术优选聚丙烯酰胺-金属氯化物水凝胶和/或聚乙烯醇水凝胶形成介电层，原因在于水凝胶表面凹凸不平整的形态在测试脉搏时大大增加了压力传感器电容值的响应。本专利技术所述聚丙烯酰胺-金属氯化物水凝胶指的是“聚丙烯酰胺和金属氯化物共混物形成的水凝胶”。优选地，所述聚丙烯酰胺-金属氯化物水凝胶包括聚丙烯酰胺-氯化锂(LiCl)水凝胶。本专利技术优选聚丙烯酰胺-LiCl水凝胶形成介电层，原因在于水凝胶凹凸不平的表面在测试脉搏时增大了压力传感器电容的变化值，制备简单，操作方便。优选地，所述磷酸盐离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体。本专利技术优选1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体形成介电层，原因在于磷酸盐离子液体不易挥发和固化，稳定性高，导电性好。优选地，所述全氟化树脂溶液和磺酸类化合物溶液中溶质的质量百分数为2％-4％，例如2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％等，优选3％。本专利技术所述全氟化树脂溶液和磺酸类化合物溶液中溶质的质量百分数为2％-4％，此浓度范围内的全氟化树脂溶液和磺酸类化合物溶液黏度适中，可实现均匀涂覆，得到的介电层性能更优异。优选地，所述磺酸类树脂溶液的固含量为25％-35％，例如26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％等，优选30％。本专利技术所述磺酸类树脂溶液的固含量为25％-35％，此固含量范围内的磺酸类树脂溶液可实现均匀涂覆，得到的介电层性能更优异。优选地，所述水凝胶中溶质的质量百分数为10％-20％，例如11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％等，优选15％。优选地，所述上电极板和下电极板的材质各自独立地包括ITO薄膜。优选地，所述上下电极板的长度和宽度均小于15mm，例如14mm、13mm、12mm、11mm、10mm、9mm、8mm等。优选地，所述上电极板和下电极板均包括导电区域和非导电区域。优选地，所述介电层设置于所述导电区域上。本专利技术所述介电层与上下电极板的导电膜一侧接触，例如ITO薄膜是ITO材料涂覆于基材上形成的，所述介电层与ITO薄膜的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压力传感器，其特征在于，所述压力传感器包括依次层叠设置的至少一个下电极板、介电层和上电极板；/n所述下电极板的个数为至少两个时，所述压力传感器还包括基板，所述下电极板设置于所述基板上，且所述下电极板的面积均相同；/n所述介电层的制备原料包括全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液、磺酸类树脂溶液、水凝胶或磷酸盐离子液体中的任意一种或至少两种的组合。/n

【技术特征摘要】
1.一种压力传感器，其特征在于，所述压力传感器包括依次层叠设置的至少一个下电极板、介电层和上电极板；
所述下电极板的个数为至少两个时，所述压力传感器还包括基板，所述下电极板设置于所述基板上，且所述下电极板的面积均相同；
所述介电层的制备原料包括全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液、磺酸类树脂溶液、水凝胶或磷酸盐离子液体中的任意一种或至少两种的组合。


2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述磺酸类化合物溶液包括全氟磺酸萘酚溶液；
优选地，所述磺酸类树脂溶液包括聚苯乙烯磺酸溶液；
优选地，所述水凝胶包括聚丙烯酰胺-金属氯化物水凝胶和/或聚乙烯醇水凝胶；
优选地，所述聚丙烯酰胺-金属氯化物水凝胶包括聚丙烯酰胺-氯化锂水凝胶；
优选地，所述磷酸盐离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体。


3.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，所述全氟化树脂溶液和磺酸类化合物溶液中溶质的质量百分数为2％-4％；
优选地，所述磺酸类树脂溶液的固含量为25％-35％；
优选地，所述水凝胶中溶质的质量百分数为10％-20％。


4.根据权利要求1-3任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述上电极板和下电极板的材质各自独立地包括ITO薄膜；
优选地，所述上电极板的长度和宽度均小于15mm；
优选地，所述上电极板和下电极板均包括导电区域和非导电区域；
优选地，所述介电层设置于所述导电区域上；
优选地，所述非导电区域上设置有绝缘线和导线；
优选地，所述绝缘线包括绝缘胶带；
优选地，所述导线包括银丝。


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，以所述全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液和磺酸类树脂溶液为制备原料形成的压力传感器中，所述上电极板和下电极板的间距为0.06-0.08mm；
优选地，以所述全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液和磺酸类树脂溶液为制备原料形成的压力传感器中，所述介电层的厚度为0.006-0.01mm；
优选地，以所述水凝胶为制备原料形成的压力传感器中，所述上电极板和下电极板的间距为0.05-0.15mm；
优选地，以所述水凝胶为制备原料形成的压力传感器中，所述介电层的厚度为0.05-0.15mm；
优选地，以所述磷酸盐离子液体为制备原料形成的压力传感器中，所述上电极板和下电极板的间距为0.3-0.5mm；
优选地，以所述磷酸盐离子液体为制备原料形成的压力传感器中，所述介电层的厚度为0.3-0.5mm。


6.一种根据权利要求1-5任一项所述的压力传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将介电层的制备原料成型，得到介电层；
在所述步骤(1)之后进行步骤(2)或步骤(2')；
(2)将一个下电极板、介电层和上电极板依次层叠设置，得到所述压力传感器；
或
(2')将基板、至少两个下电极板、介电层和上电极板依次层叠设置，得到所述压力传感器；
所述介电层的制备原料包括全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液、磺...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂凯，程思博，夏崟，
申请(专利权)人：苏州凝智新材料发展有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32