一种柔性线性压力传感器制造技术

本发明专利技术一实施方式提供了一种柔性线性压力传感器，包括压力敏感层，在所述压力敏感层的表面设置有多个凸起结构，所述多个凸起结构包括半球体、棱锥、拱形体中的一种或多种，或者，所述凸起结构呈高斯分布。本发明专利技术一实施方式的柔性压力传感器，具有工艺简单、线性灵敏度高、数据处理简单等特点。数据处理简单等特点。数据处理简单等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性线性压力传感器


[0001]本专利技术涉及压力传感器，具体为一种柔性、线性压力传感器。

技术介绍

[0002]柔性压力传感器因其在健康监测及人机交互等领域的应用受到越来越多的关注。整个压力范围内的线性灵敏度是衡量柔性压力传感器性能的一个重要指标。对于大部分柔性压力传感器，在较低压力下传感信号快速饱和，当压力进一步增加时，信号增加缓慢，灵敏度降低，偏离原来的线性。若实现这些压力的检测，需要进行非线性补偿或者复杂的分析计算，为压力传感器的设计、标定和数据处理带来了极大的不便。另一方面，市场上目前存在的柔性压力传感器大多是将压力敏感纳米材料、导电银浆等电子涂料印制在薄膜基材(如聚酯薄膜PET、聚酰亚胺薄膜PI等)上，制备得到的柔性传感器存在灵敏度低、在150℃下容易发生变形以及受温度影响性能飘移严重等缺点，严重限制了柔性传感器的应用场景。
[0003]因此，开发超宽传感范围与高线性灵敏度的能承受150℃高温的柔性压力传感器显得尤为重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个主要目的在于提供一种柔性线性压力传感器，包括压力敏感层，在所述压力敏感层的表面设置有多个凸起结构，所述多个凸起结构包括半球体、棱锥、拱形体中的一种或多种，或者，所述凸起结构呈高斯分布。
[0005]本专利技术一实施方式的柔性压力传感器，具有工艺简单、线性灵敏度高、数据处理简单等特点。
附图说明
[0006]通过结合附图考虑以下对本专利技术的优选实施例的详细说明，本专利技术的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本专利技术的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：
[0007]图1为本专利技术一实施方式的柔性线性压力传感器的结构示意图；
[0008]图2a为本专利技术一实施方式的导电弹性体薄膜的结构示意图；
[0009]图2b为本专利技术另一实施方式的导电弹性体薄膜的结构示意图；
[0010]图2c为本专利技术另一实施方式的导电弹性体薄膜的结构示意图；
[0011]图3为本专利技术另一实施方式的导电弹性体薄膜的结构示意图；
[0012]图4为本专利技术一实施方式的图案化导电弹性体薄膜的制备流程图；
[0013]图5a为本专利技术实施例1所制得柔性线性压力传感器不同阵列高度的压力测试曲线图；
[0014]图5b为本专利技术实施例1所制得柔性线性压力传感器高度为40μm时不同温度下的压力测试曲线图；
[0015]图6为本专利技术实施例2所制得柔性线性压力传感器高度为80μm时的压力测试曲线图。
[0016]图7为本专利技术实施例3所制得柔性线性压力传感器高度为120μm时的压力测试曲线图。
[0017]图8为本专利技术实施例4所制得柔性线性压力传感器高度均值为60μm时的压力测试曲线图。
具体实施方式
[0018]体现本专利技术特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本专利技术能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本专利技术的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本专利技术。
[0019]本专利技术一实施方式提供了一种柔性压力传感器，包括导电线路层21和压力敏感层，在压力敏感层的表面设置有多个凸起结构，其中，凸起结构可以为半球体、棱锥、拱形体，也可以是凸起结构呈高斯分布。
[0020]于一实施方式中，凸起结构可以是空心结构，也可以是实心结构。
[0021]于一实施方式中，半球体可以是3/20～1/2球体，例如1/2球体、2/5球体、1/5球体等；其中，半球体是从圆球(母体)上切割下来的结构，其底面为圆形，具有连接底面的弧形顶面；1/2球体相当于母体圆球的一半，其高度(顶面最高点至底面圆心的尺寸)为母体圆球直径的1/2；1/3球体的高度为其母体圆球直径的1/3；其他依此类推。
[0022]于一实施方式中，棱锥可以是三棱锥、四棱锥、五棱锥、六棱锥、八棱锥等，棱锥通过其底面连接于压力敏感层的表面。
[0023]于一实施方式中，棱锥可以是正棱锥，例如正三棱锥、正四棱锥、正五棱锥、正六棱锥、正八棱锥等。
[0024]于一实施方式中，拱形体可以是圆柱体的一部分，例如可以是沿与圆柱体的轴线相平行的平面切割圆柱体得到的结构，该结构可以是1/2圆柱体，也可以是小于1/2圆柱体，例如1/3圆柱体、1/4圆柱体等。
[0025]于一实施方式中，拱形体通过上述切割平面连接于压力敏感层的表面，该切割平面为矩形，进一步可以为正方形，正方形的边长可以与拱形体的高度相同。
[0026]于一实施方式中，凸起结构呈高斯分布，多个呈高斯分布的凸起结构相连，使得多个凸起结构整体呈起伏状分布。
[0027]于一实施方式中，压力敏感层为图案化导电弹性体薄膜31，由导电组合物制得，导电组合物包括弹性体材料、碳基粉体和导电油墨。其中，导电组合物制得的导电弹性体薄膜可承受150℃的高温。
[0028]于一实施方式中，多个凸起结构呈阵列排布(例如矩形阵列)，使压力敏感层呈现图案化。
[0029]于一实施方式中，多个凸起结构呈方形阵列，阵列中的多个凸起结构等间隔地排布；其中，凸起结构为正三棱锥或正四棱锥，凸起结构底部的边长与阵列中两个相邻凸起结构的间距之比为(0.9～1.1):1，优选地，凸起结构底部的边长与阵列中两个相邻凸起结构的间距之比为1:1；例如凸起结构的边长为200μm，两相邻凸起结构的间距为200μm；凸起结
构的边长为300μm，两相邻凸起结构的间距为300μm；凸起结构的边长为400μm，两相邻凸起结构的间距为400μm。
[0030]于一实施方式中，阵列中的多个凸起结构同向排布，例如，凸起结构为正三棱锥，其底边三角形的边长平行于相邻正三棱锥底边三角形的相应边长。
[0031]于一实施方式中，凸起结构为正棱锥，其底部多边形的边数n≥5，例如正五棱锥、正六棱锥或正八棱锥，凸起结构底部的最大尺寸与阵列中两个相邻凸起结构的间距之比为(0.9～1.1):1。优选地，凸起结构底部的最大尺寸与阵列中两个相邻凸起结构的间距之比为1:1。例如，正六棱锥的底面为正六边形，其最大尺寸来自于内部的一条对角线。
[0032]于一实施方式中，凸起结构为半球体，其底面直径与阵列中两个相邻凸起结构的间距之比为(0.9～1.1):1；优选地，凸起结构底部直径与阵列中两个相邻凸起结构的间距之比为1:1。
[0033]于一实施方式中，凸起结构是沿与圆柱体的轴线相平行的平面切割圆柱体得到的拱形体，其底部为正方形，正方形的边长与阵列中两个相邻凸起结构的间距之比为(0.9～1.1):1，例如1:1。
[0034]其中，凸起结构的底部或底面是指其与压力敏感层的表面相连的部分，如凸起结构为半球体，则半球体通过圆形底面与压力敏感层相连；如凸起结构为正三棱锥，则正三棱锥通过正三角形的底面与压力敏感层相连。两个凸起结构的间距是指在压力敏感层的阵列中两个凸起结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性线性压力传感器，包括压力敏感层，在所述压力敏感层的表面设置有多个凸起结构，所述多个凸起结构包括半球体、棱锥、拱形体中的一种或多种，或者，所述凸起结构呈高斯分布。2.根据权利要求1所述的柔性线性压力传感器，其中，所述凸起结构通过底部连接于所述压力敏感层的表面；所述半球体为3/20～1/2球体中的一种或多种，所述半球体的底部为圆形；和/或，所述棱锥为正棱锥，所述正棱锥的底部为正多边形；和/或，所述拱形体是沿与圆柱体的轴线相平行的平面切割所述圆柱体得到的结构，所述拱形体的底部为切割平面。3.根据权利要求2所述的柔性线性压力传感器，其中，所述多个凸起结构呈阵列排布。4.根据权利要求3所述的柔性线性压力传感器，其中，所述多个凸起结构形成方形阵列，所述多个凸起结构包括所述半球体、正三棱锥、正四棱锥、具有正方形所述切割平面的所述拱形体中的一种或多种，所述凸起结构底部的边长或直径与相邻两个所述凸起结构的间距之比为(0.9～1.1):1；或者，所述凸起结构包括正棱锥，其底部多边形的边数n≥5，所述正棱锥底部的最大尺寸与相邻两个所述凸起结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏迪，钟梦娟，张丽娟，柳絮，周亚宁，王杨俭，
申请(专利权)人：北京石墨烯研究院，
类型：发明
国别省市：