一种基于蜂窝状仿生微结构的柔性压力传感器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于蜂窝状仿生微结构的柔性压力传感器制备方法，包括如下步骤：S1、设置蜂窝状模具；S2、蜂窝状PDMS制备，将主剂和固化剂以10:1的质量比加入培养皿中混合均匀，静置消泡后倒入蜂窝状模具中，然后放在70℃的烤胶机上固化5小时；S3、蜂窝状PDMS表面的导电集成，按质量比1:10配置CNT与去离子水的混合液，将蜂窝状PDMS浸入上述混合溶液，磁力搅拌1小时，取出后置于60℃的烘箱中干燥5小时；S4、蜂窝状微结构的柔性压力传感器制备，将上电极和下电极分别平行铺设于蜂窝状CNT/PDMS导电功能层的上下两侧，得到的柔性压阻式蜂窝状压力传感器，在宽压力范围实现力信号到电信号的高灵敏传感，响应速度快且响应信号重复性好。响应速度快且响应信号重复性好。响应速度快且响应信号重复性好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于蜂窝状仿生微结构的柔性压力传感器及制备方法


[0001]本专利技术涉及电子元器件生产
，具体指一种基于蜂窝状仿生微结构的柔性压力传感器及制备方法。

技术介绍

[0002]近年来随着柔性电子的发展，柔性压力传感器以其优秀的保形收集压力信号能力而在智慧医疗、人机交互、军事工业等领域大放异彩，例如，电子皮肤贴在人的皮肤上不仅可以收集人体的生理信号用于健康监控，还可以感知外部施压的力用于人机交互。在柔性压力传感器的性能提升研究中，人们以生物感知压力的方式为灵感，在压力传感器中引入微结构，实现了快速响应、高灵敏度、强恢复能力及其他特殊性能的传感器。然而，在大多数的柔性微结构压力传感器中，微结构的引入方法昂贵，且很难兼具宽压力传感范围与高灵敏度。因此，采用简单的制备工艺实现微结构压力传感器的高灵敏度及宽压力范围传感是柔性压力传感器领域的研究难点之一，也是实现其产业化的重要基础。

技术实现思路

[0003]本专利技术根据现有技术的不足，提出一种基于蜂窝状仿生微结构的柔性压力传感器及制备方法，在宽压力范围实现力信号到电信号的高灵敏传感，响应速度快且响应信号重复性好。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：
[0005]一种基于蜂窝状仿生微结构的柔性压力传感器制备方法，包括如下步骤：
[0006]S1、设置蜂窝状模具
[0007]在器皿内倒入去离子水，随后将同一直径的不锈钢小球平铺在器皿内，并使去离子水没过不锈钢小球的一半；
[0008]S2、蜂窝状PDMS(聚二甲基硅氧烷)制备
[0009]将主剂和固化剂以10:1的质量比加入培养皿中混合均匀，静置消泡后倒入蜂窝状模具中，然后放在70℃的烤胶机上固化5小时，将固化后的蜂窝PDMS块裁切成矩形小块；
[0010]S3、蜂窝状PDMS表面的导电集成
[0011]按质量比1:10配置CNT(碳纳米管)与去离子水的混合液，将蜂窝状PDMS浸入上述混合溶液，磁力搅拌1小时，取出后置于60℃的烘箱中干燥5小时，得到CNT均匀涂覆的蜂窝状CNT/PDMS导电功能层；
[0012]S4、蜂窝状微结构的柔性压力传感器制备
[0013]将上电极和下电极分别平行铺设于蜂窝状CNT/PDMS导电功能层的上下两侧，并在上电极和下电极上均引出电极线。
[0014]作为优选，所述步骤S1中，不锈钢小球以六角密排阵列的方式平铺在器皿内。
[0015]作为优选，所述步骤S2中，制备的蜂窝状PDMS的每个凹槽直径约2～4mm，高度约1～2mm，整个PDMS块的厚度约1～3mm。
[0016]作为优选，所述步骤S2中，主剂为聚二甲基
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甲基乙烯基硅氧烷。
[0017]作为优选，所述步骤S2中，固化剂为聚二甲基
‑
甲基氢硅氧烷。
[0018]作为优选，所述上电极、下电极以及电极线均用导电铜箔制成。
[0019]本专利技术还公开了一种基于蜂窝状仿生微结构的柔性压力传感器，由上述一种基于蜂窝状仿生微结构的柔性压力传感器制备方法制得。
[0020]本专利技术具有以下的特点和有益效果：
[0021]采用上述技术方案，将聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为柔性基板，利用不锈钢小球在PDMS表面构造蜂窝状凹槽的六角密排阵列，并在蜂窝凹槽微结构PDMS表面浸涂碳纳米管，以此作为微结构导电功能层。所使用的模具设计简单，并且结构稳定，从而确保了柔性压力传感器的生产质量。
[0022]将微结构导电功能层与两个铜箔电极以“三明治式”构造柔性压阻式压力传感器，在宽压力范围实现力信号到电信号的高灵敏传感，响应速度快且响应信号重复性好。
[0023]另外，制备工艺简单，大大降低了制备成本，并且所使用的原材料价格低廉，无毒无污染，绿色环保，适合批量生产，具有极高的市场价值。
[0024]其整体结构轻薄、柔软，可用于新型可穿戴设备，具有极高的市场价值和产业化潜力。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术实施例中蜂窝状CNT/PDMS导电功能层的结构示意图。
[0027]图2为本专利技术实施例制备的传感器性能测试示意图。
[0028]图3为本专利技术实施例中传感器的压力
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电流阶梯响应曲线图。
[0029]图4为本专利技术实施例中传感器的压力
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电流响应/恢复时间曲线图。
[0030]图5为本专利技术实施例中蜂窝状CNT/PDMS导电功能层制备的传感器压力与电流变化关系图。
具体实施方式
[0031]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0032]本专利技术提供了一种基于蜂窝状仿生微结构的柔性压力传感器制备方法，包括如下步骤：
[0033]S1、设置蜂窝状模具
[0034]在器皿内倒入去离子水，随后将同一直径的不锈钢小球平铺在器皿内，并使去离子水没过不锈钢小球的一半，其中不锈钢小球以六角密排阵列的方式平铺在器皿内；
[0035]S2、蜂窝状PDMS制备
[0036]将主剂和固化剂以10:1的质量比加入培养皿中混合均匀，静置消泡后倒入蜂窝状
模具中，然后放在70℃的烤胶机上固化5小时，将固化后的蜂窝PDMS块裁切成矩形小块，制备的蜂窝状PDMS的每个凹槽直径约2～4mm，高度约1～2mm，整个PDMS块的厚度约1～3mm，其中主剂为聚二甲基
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甲基乙烯基硅氧烷，固化剂为聚二甲基
‑
甲基氢硅氧烷；
[0037]S3、蜂窝状PDMS表面的导电集成
[0038]按质量比1:10配置CNT与去离子水的混合液，将蜂窝状PDMS浸入上述混合溶液，磁力搅拌1小时，取出后置于60℃的烘箱中干燥5小时，得到CNT均匀涂覆的蜂窝状CNT/PDMS导电功能层；
[0039]S4、蜂窝状微结构的柔性压力传感器制备
[0040]将上电极和下电极分别平行铺设于蜂窝状CNT/PDMS导电功能层的上下两侧，并在上电极和下电极上均引出电极线，所述上电极、下电极以及电极线均用导电铜箔制成。
[0041]本专利技术还公开了一种基于蜂窝状仿生微结构的柔性压力传感器，如图1所示，由上述实施例提供的一种基于蜂窝状仿生微结构的柔性压力传感器制备方法制得。
[0042]本实施例中通过对制备压力传感器的性能进行测试，通过测试数据对其进行进一步的说明：
[0043]测试时，如图2所示，将上电极固定在竖直位移的电控位移平台上，下电极置于精密天平表面，上下电极用铜箔引出与数字源表连接，测得电流信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于蜂窝状仿生微结构的柔性压力传感器制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、设置蜂窝状模具在器皿内倒入去离子水，随后将同一直径的不锈钢小球平铺在器皿内，并使去离子水没过不锈钢小球的一半；S2、蜂窝状PDMS制备将主剂和固化剂以10:1的质量比加入培养皿中混合均匀，静置消泡后倒入蜂窝状模具中，然后放在70℃的烤胶机上固化5小时，将固化后的蜂窝状PDMS块裁切成矩形小块；S3、蜂窝状PDMS表面的导电集成按质量比1:10配置CNT与去离子水的混合液，将蜂窝状PDMS浸入上述混合溶液，磁力搅拌1小时，取出后置于60℃的烘箱中干燥5小时，得到CNT均匀涂覆的蜂窝状CNT/PDMS导电功能层；S4、蜂窝状微结构的柔性压力传感器制备将上电极和下电极分别平行铺设于蜂窝状CNT/PDMS导电功能层的上下两侧，并在上电极和下电极上均引出电极线。2.根据权利要求1所述的一种基于蜂窝状仿生微结构的柔性压力传感器制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，不锈钢小球以...

【专利技术属性】
技术研发人员：李领伟，高源，卢晨曦，余森江，胡亮，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：