一种柔性电容传感器及其制备方法技术

本公开揭示了一种柔性电容传感器，包括：第一电极层和第二电极层，所述第一电极层和第二电极层均包括无尘纸，所述无尘纸上浸染有导电复合溶液；所述第一电极层和第二电极层之间设置有介电层，所述介电层包括弹性模量不同的第一弹性体和第二弹性体。本公开还揭示了一种柔性电容传感器的制备方法。该柔性电容传感器同时具有接近觉和压力传感功能，且在压力传感的时候可以实现大小量程检测。的时候可以实现大小量程检测。的时候可以实现大小量程检测。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性电容传感器及其制备方法


[0001]本公开属于柔性传感器
，具体涉及一种柔性电容传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]柔性压力传感器是未来人机交互，人体运动监测，电子皮肤和软体机器人的重要组件之一，目前，压力传感器按照传感机理可分为压阻，电容，压电和摩擦电等不同类型。将压力信号转变为电容信号的电容传感器通常是由上下两电极和中间介电层的三明治结构组成。虽然电容压力传感器具有结构简单和高漂移稳定性的特点，但是该传感器的检测范围有限或者在高压下极易饱和。传统的电容传感器通常使用实心中介层，导致整个传感器不仅灵敏度低而且响应速度缓慢。因此，在传感器电极和中介层上制备微结构已经被证明是一种能够提高灵敏度和响应速度的有效方式。这些微结构包括微金字塔阵列，微圆柱阵列以及诸如树叶图案的仿生结构。虽然这些微结构给电容压力传感器提供了一种新的性能提高方式，但是对于微米尺度甚至是纳米尺度微结构的加工仍然具有不少的挑战。采用一些低弹性模量的材料比如海绵，虽然能够增加电容压力传感器在低压下的灵敏度，但是压力检测范围仍然比较低。除此以外，之前大多数报道的压力传感器局限于单一功能，比如应变传感或者应力传感，具有简单结构的接近觉应力传感器在最近日益收获关注。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种柔性电容传感器及其制备方法，该柔性电容传感器同时具有接近觉和压力传感功能，且在压力传感的时候可以实现大小量程检测。
[0004]为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：
[0005]一种柔性电容传感器，包括：
[0006]第一电极层和第二电极层；
[0007]所述第一电极层和第二电极层均包括无尘纸，所述无尘纸上浸染有导电复合溶液；
[0008]所述第一电极层和第二电极层之间设置有介电层；
[0009]所述介电层包括弹性模量不同的第一弹性体和第二弹性体。
[0010]优选的，所述第一弹性体包括弹性模量大于0.49GPa且小于等于0.78GPa的发泡棉。
[0011]优选的，所述第二弹性体包括弹性模量大于等于0.000138GPa且小于等于0.49GPa的海绵。
[0012]优选的，所述导电复合溶液包括石墨烯复合溶液、多壁碳纳米管颗粒和聚氧化乙烯颗粒。
[0013]优选的，所述石墨烯复合溶液和多壁碳纳米管颗粒的质量比为1：0.25，所述聚氧化乙烯颗粒的质量为0.05g。
[0014]本公开还提供一种制备柔性电容传感器的方法，包括如下步骤：
[0015]S1：将清洗后的无尘纸在导电复合溶液中浸染，将浸染后的无尘纸干燥，以获得第一电极层和第二电极层；
[0016]S2：将第一弹性体和第二弹性体清洗、干燥；
[0017]S3：将干燥后的第一弹性体和第二弹性体进行拼接，以获得介电层；
[0018]S4：将第一电极层、介电层、第二电极层按顺序贴合，即获得柔性电容传感器。
[0019]优选的，步骤S2中，所述导电复合溶液的制备方法包括如下步骤：将质量比为1:0.25的石墨烯复合溶液和多壁碳纳米管颗粒与0.05g聚氧化乙烯颗粒混合后进行搅拌和破碎，以获得导电复合溶液。
[0020]优选的，搅拌温度为60℃，搅拌转速为1000r/min，搅拌时间为30min。
[0021]优选的，破碎采用超声破碎，破碎时间为30min。
[0022]与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：
[0023]本公开采用弹性模量不同的弹性体拼接构成介电层，由于弹性模量不同且整体弹性模量较低，在相同的应力下不仅可以发生更大的形变而且可以适用于不同量程的压力检测。同时由于无尘纸电极表面的粗糙结构，还可以使得传感器具有接近觉检测功能。此外，在实现压力传感的过程中，还可以实现大小量程的检测。
附图说明
[0024]图1是本公开一个实施例提供的一种柔性电容传感器的结构示意图；
[0025]图2(a)是浸染前100μm尺度下的无尘纸结构SEM图；
[0026]图2(b)是浸染前10μm尺度下的无尘纸结构SEM图；
[0027]图2(c)是浸染前2μm尺度下的无尘纸结构SEM图；
[0028]图2(d)是浸染后100μm尺度下的无尘纸结构SEM图；
[0029]图2(e)是浸染后10μm尺度下的无尘纸结构SEM图；
[0030]图2(f)是浸染后2μm尺度下的无尘纸结构SEM图；
[0031]图2(g)是聚乙烯发泡棉100μm尺度下的SEM图；
[0032]图2(h)是聚乙烯发泡棉10μm尺度下的SEM图；
[0033]图2(I)是聚乙烯发泡棉2μm尺度下的SEM图；
[0034]图3是本公开另一个实施例提供的导电复合溶液的性能电阻测试图；
[0035]图4是本公开另一个实施例提供的无尘纸电极制作流程示意图；
[0036]图5(a)为本公开另一个实施例提供的具有不同介电层的柔性电容传感器的电容灵敏度测试结果示意图；
[0037]图5(b)为本公开另一个实施例提供的在不同载荷下介电层为仿丝瓜聚氨酯海绵和聚乙烯发泡棉的柔性电容传感器的循环稳定性测试图；
[0038]图5(c)为本公开另一个实施例提供的在1N的载荷下介电层为仿丝瓜聚氨酯海绵和聚乙烯发泡棉的柔性电容传感器的响应时间测试图；
[0039]图5(d)为本公开另一个实施例提供的在5N的载荷下介电层为仿丝瓜聚氨酯海绵和聚乙烯发泡棉的柔性电容传感器的循环稳定性测试图；
[0040]图6(a)为本公开另一个实施例提供的介电层为仿丝瓜聚氨酯海绵和聚乙烯发泡
棉的柔性电容传感器的接近觉灵敏度测试结果；
[0041]图6(b)为本公开另一个实施例提供的介电层为仿丝瓜聚氨酯海绵和聚乙烯发泡棉的柔性电容传感器在不同高度下的循环稳定性测试图；
[0042]图7(a)非接触式传感的人机交互界面图；
[0043]图7(b)接触式传感的人机交互界面图。
具体实施方式
[0044]下面将参照附图1至图7(b)详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0045]需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本公开的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本公开的范围。本公开的保护范本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性电容传感器，包括：第一电极层和第二电极层；所述第一电极层和第二电极层均包括无尘纸，所述无尘纸上浸染有导电复合溶液；所述第一电极层和第二电极层之间设置有介电层；所述介电层包括弹性模量不同的第一弹性体和第二弹性体。2.根据权利要求1所述的柔性电容传感器，其中，优选的，所述第一弹性体包括弹性模量大于0.49GPa且小于等于0.78GPa的发泡棉。3.根据权利要求2所述的柔性电容传感器，其中，所述第二弹性体包括弹性模量大于等于0.000138GPa且小于等于0.49GPa的海绵。4.根据权利要求1所述的柔性电容传感器，其中，所述导电复合溶液包括石墨烯复合溶液、多壁碳纳米管颗粒和聚氧化乙烯颗粒。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述石墨烯复合溶液和多壁碳纳米管颗粒的质量比为1：0.25，所述聚氧化乙烯颗粒的质量为0.05g。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：孙瑜，赵州，郭庆凯，杨来浩，陈雪峰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：