具有单一方向导电功能的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传感器技术领域，具体公开了一种具有单一方向导电功能的压力传感器及其制备方法和应用。该压力传感器包括：两层柔性电极和位于两层柔性电极之间的介电层；所述介电层包括基体材料和分布于该基体材料中的磁性导电纤维，且所述磁性导电纤维垂直于柔性电极定向排列。本发明专利技术提供的压力传感器具有柔性、灵敏度高和监测范围宽的优势。灵敏度高和监测范围宽的优势。灵敏度高和监测范围宽的优势。

【技术实现步骤摘要】
具有单一方向导电功能的压力传感器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种具有单一方向导电功能的压力传感器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]实时精确利用电子传感器测量人体重要信息对于健康监测、医疗保健具有重要作用，人体皮肤能够自然地区分压力以及各种机械刺激或机械变形并进行独立传感，因此可穿戴电子传感器件也应具备对各种机械应力的能力高灵敏的感知。但是，目前的传感器大多依靠接触电阻的改变实现压力传感，其形变范围较小，无法实现高灵敏度和宽的监测范围。
[0003]因此，制备高灵敏度和宽的监测范围的压力传感器仍然是传感器领域追求的热点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的技术问题，提供一种具有单一方向导电功能的压力传感器及其制备方法和应用。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种具有单一方向导电功能的压力传感器，该压力传感器包括：两层柔性电极和位于两层柔性电极之间的介电层；所述介电层包括基体材料和分布于该基体材料中的磁性导电纤维，且所述磁性导电纤维垂直于柔性电极定向排列。
[0006]本专利技术第二方面提供一种制备具有单一方向导电功能的压力传感器的方法，该方法包括以下步骤：
[0007]使磁性导电纤维定向分布于基体材料中，并组装柔性电极；
[0008]其中，所述磁性导电纤维垂直于柔性电极定向排列。
[0009]本专利技术第三方面提供一种前述方法制备得到的压力传感器。/>[0010]本专利技术第四方面提供一种前述压力传感器在可穿戴设备和/或人机交互领域中的应用。
[0011]本专利技术第五方面提供一种可穿戴设备，所述可穿戴设备包括前述压力传感器。
[0012]本专利技术提供的压力传感器具有柔性、灵敏度高和监测范围宽的优势。
附图说明
[0013]图1是本专利技术一种具体实施方式的定向排列后的磁性导电纤维的示意图；
[0014]图2是本专利技术一种具体实施方式的传感器随压力变化的示意图；
[0015]图3中，(a)分别是本专利技术实施例1，实施例4和对比例1制备的传感器在不同压力下，实时电流与初始电流的比值随压力变化而变化的曲线图；(b)分别是本专利技术实施例1，实施例2和实施例3制备的传感器在不同压力下，实时电流与初始电流的比值随压力变化而变
化的曲线图；(c)是无压力状态下，实施例1制备的传感器在不同电压下的电流与电压关系(伏安曲线)；(d)是本专利技术一种具体实施方式的传感器(实施例1)在不同压力下，实时电流压力变化而变化的曲线图；(e)是本专利技术一种具体实施方式的压力传感器在相同大小压力不同频率电流图；(f)是本专利技术一种具体实施方式的传感器(实施例1)在压力下刺激下，实时电流的变化曲线；(g)是本专利技术一种具体实施方式的传感器(实施例1)在3000次同一压力下刺激下，实时电流的变化曲线。
具体实施方式
[0016]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0017]本专利技术第一方面提供一种具有单一方向导电功能的压力传感器，该压力传感器包括：两层柔性电极和位于两层柔性电极之间的介电层；所述介电层包括基体材料和分布于该基体材料中的磁性导电纤维，且所述磁性导电纤维垂直于柔性电极定向排列。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，所述基底材料与磁性导电纤维的重量比可以为(3
‑
25)：1(如3:1、4:1、5:1、10:1、15:1、20:1、25:1或以上数值之间的任意值)。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，所述磁性导电纤维可以为圆柱状。
[0020]优选地，所述磁性导电纤维的长度为0.5
‑
3mm，直径为0.1
‑
0.3mm。
[0021]根据本专利技术的一些实施方式，所述磁性导电纤维的导电系数可以为(1.5
‑
2)
×
10
‑3Ω
·
cm；磁导率可以为(8
‑
9)
×
103H/m。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，所述磁性导电纤维可以选自镀镍碳纤维、镀镍金属纤维、镀镍不锈钢、镀铁碳纤维和镀钴碳纤维中的至少一种，优选为镀镍碳纤维和/或镀钴碳纤维。
[0023]本专利技术对所述介电层的厚度没有特别的限制，只要能够满足奔本专利技术的需求即可，例如，所述介电层的厚度可以为2mm
‑
5mm。
[0024]根据本专利技术的一些实施方式，所述基底材料可以选自热固化材料和/或光固化材料。
[0025]本专利技术中，所述基底材料的导热系数可以为0.134
‑
0.159W/M*K，透光率可以为95
‑
100％，具有生理惰性、良好的化学稳定性。其中，所述基底材料的电绝缘性和耐候性，抗剪切能力，能够在
‑
50℃
‑
200℃下长期使用。
[0026]根据本专利技术的一些实施方式，所述热固化材料可以选自聚二甲基硅氧烷和/或硅胶。
[0027]根据本专利技术的一些实施方式，所述光固化材料可以为光敏聚氨酯。
[0028]根据本专利技术的一些实施方式，所述两层柔性电极的厚度可以各自独立地为20μm
‑
70μm。
[0029]根据本专利技术的一些实施方式，所述柔性电极可以选自叉指电极和/或导电金属电极。
[0030]根据本专利技术的一些实施方式，所述压力传感器的上电极为导电金属电极，下电极
为叉指电极。
[0031]根据本专利技术的一些实施方式，所述叉指电极的对数为8
‑
20对。
[0032]根据本专利技术的一些实施方式，所述叉指电极的叉指线宽和线距各自独立地为100
‑
200μm。
[0033]根据本专利技术优选的实施方式，所述叉指电极通过磁控溅射制备，其中，磁控溅射的时间为20
‑
40min。
[0034]根据本专利技术优选的实施方式，所述磁控溅射使得叉指电极上沉积的金属厚度为70
‑
100nm。优选地，所述沉积的金属选自铜和/或金，优选为铜。
[0035]根据本专利技术的一些实施方式，所述导电金属电极为网状电极；所述导电金属电极选自铜电极、镍布和银布中的至少一种。
[0036]根据本专利技术的一些实施方式，压力传感器的灵敏度可以为10000
‑
40000kPa
‑1。
[0037]本专利技术第二方面提供一种制备具有单一方向导电功能的压力传感器的方法，该方法包括以下步骤：
[0038]使磁性导电纤维定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有单一方向导电功能的压力传感器，其特征在于，该压力传感器包括：两层柔性电极和位于两层柔性电极之间的介电层；所述介电层包括基体材料和分布于该基体材料中的磁性导电纤维，且所述磁性导电纤维垂直于柔性电极定向排列。2.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，所述基底材料与磁性导电纤维的重量比为(3
‑
25)：1；和/或，所述磁性导电纤维为圆柱状；优选地，所述磁性导电纤维的长度为0.5
‑
3mm，直径为0.1
‑
0.3mm；和/或，所述磁性导电纤维的导电系数为(1.5
‑
2)
×
10
‑3Ω
·
cm；磁导率为(8
‑
9)
×
103H/m。3.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其中，所述磁性导电纤维选自镀镍碳纤维、镀镍金属纤维、镀镍不锈钢、镀铁碳纤维和镀钴碳纤维中的至少一种，优选为镀镍碳纤维和/或镀钴碳纤维。4.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其中，所述介电层的厚度为2mm
‑
5mm；和/或，所述基底材料选自热固化材料和/或光固化材料；优选地，所述热固化材料选自聚二甲基硅氧烷和/或硅胶；优选地，所述光固化材料为光敏聚氨酯。5.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其中，所述两层柔性电极的厚度各自独立地为20μm
‑
70μm；和/或，所述柔性电极选自叉指电极和/或导电金属电极；优选地，所述压力传感器的上电极为导电金属电极，下电极为叉指电极；优选地，所述叉指电极的对数为8
‑
20对；优选地，所述叉指电极的叉指线宽和线距各自独立地为100
‑
200μm；优选地，所述导电金属电极为网状电极；所述导电金属电极选自铜电极、镍布和银布中的至少一种。6.根据权利要求1
‑
5中的任意一项所述的压力传感器，其中，压力传感器的灵敏度为10000
‑
40000kPa
‑1。7.一种制备具有单一方向导电功能的压力传感器的方法，其特征在于，该方法包括：使磁性导电纤维定向分布于基体材料中，并组装柔性电极；其中，所述磁性导电纤维垂直于柔性电极定向排列。8.根据权利要求7所述的方法，其中，组装柔性电极的方式包括：将柔性电极和分布有磁性导电纤维的基体材料一起固化；或者，在分布有磁性导电纤维的基体材料进行固化之后，再粘覆柔性电极。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，磁性导电纤维定向分布于所述基体材料的方式为：将所述磁性导电纤维与所述基体材料混合置于模具中，所述导电纤维在垂直于模具的磁场诱导下以平行于磁场的方向定向分布于所述基体材料中。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述基底材料与所述磁性导电纤维的重量比为(5
‑
20)：1；和/或，所述磁性导电纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：