一种微结构弹性体薄膜、其制备方法及柔性压力传感器、其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种微结构弹性体薄膜，包括基底和附着在基体表面的微结构层；所述微结构层具有与基底连接的下端部分小，上端膨大，表面粗糙，内部蓬松的颗粒状微结构；或者具有与基底连接的下端部分大，上端小，表面粗糙，内部蓬松的山脉状微结构；或者具有纤维交错纵横的织物状微结构。本发明专利技术还提供了一种基于喷涂工艺的微结构弹性体薄膜的制备方法，本发明专利技术还提供了一种柔性压力传感器及其制备方法，用该薄膜制备的柔性压力传感器在20000kPa范围内其电流信号与压力呈现良好的线性关系，并可用于桡动脉脉搏监测。桡动脉脉搏监测。

【技术实现步骤摘要】
一种微结构弹性体薄膜、其制备方法及柔性压力传感器、其制备方法


[0001]本专利技术属于压力传感器
，尤其涉及一种微结构弹性体薄膜、其制备方法及柔性压力传感器、其制备方法。

技术介绍

[0002]柔性压力传感器具有轻、薄、柔的特点，可附着于复杂形状的表面，并且携带方便，因此在电子皮肤、健康监测、人机交互、运动识别等领域有广泛的应用前景。压阻式柔性压力传感器因为结构简单，信号易读取以及制作方便而受到广范关注。压阻式柔性压力传感器的传感机理可分为体相导电和表面导电两种。体相导电即将导电填料均匀分散于弹性体内，但这种机理的传感器受材料本身粘弹性、温度变化影响较大，因此输出信号不稳定。表面微结构导电是针对体相导电的不足而开发出来的一种器件结构，该类型传感器在受压时弹性体薄膜表面微结构发生形变，导电薄膜与叉指电极之间接触面积变大，接触电阻减小，从而实现力电转换。
[0003]近年来，在科研工作者的努力下，微结构型柔性压力传感器的性能已得到大幅度提升。目前研究者们所采用的微结构大都采用转印法从微结构表面获得。如申请号为202111156003.0，名称为“一种柔性压力传感器的制备方法及应用”的专利技术专利，采用砂纸作为模板，多壁碳纳米管(MWCNTs)为导电材料，聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性衬底获得微结构柔性传感层，但存在线性区间小的问题。为了扩大传感器的线性范围，申请号为201910240874.7，名称为“一种弹性体薄膜及其制备方法与包含该弹性体薄膜的柔性压力传感器”的专利技术专利采用选择性激光烧结3D打印技术制备微结构模板，获得的微结构传感薄膜在200kPa的压力范围内有很好的线性响应，提高了传感器的性能。
[0004]但转印法也存在不足之处，阻碍柔性压力传感器的商品化进程。首先，转印法受模板尺寸、弹性体流平要求、薄膜与模板的分离等操作层面的限制，不能做到大面积化；其次，模板在多次使用过程中其微结构会发生磨损，导致生产品质的不稳定；最后，模板的加工以及常用的弹性体材料(PDMS)使模板法的成本偏高，同时转印操作的复杂性使其生产效率偏低。非转印法制备微结构弹性体薄膜也有相关报道，如申请号202110855000.X，名为“具有多级微结构的弹性体薄膜及其制备方法与含有该弹性体薄膜的柔性压力传感器”中采用静电纺丝技术，可以实现一定面积的微结构薄膜制备，但存在生产效率低以及线性范围小的问题。综上，开发一种非转印的，大面积，高效，低成本制备高性能微结构弹性体薄膜的方法，对促进柔性压力传感器的商品化应用具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种微结构弹性体薄膜的制备方法及柔性压力传感器的制备方法，本专利技术中的微结构弹性体薄膜制备方法易于产业化，且基于该微结构薄膜制备的柔性压力传感器在20000kPa宽范围内其电流信号与压力呈现良好的线性关系，并可用于
桡动脉脉搏监测。
[0006]本专利技术提供一种微结构弹性体薄膜，包括基底和附着在基体表面的微结构层；
[0007]所述微结构层具有与基底连接的下端部分小，上端膨大，表面粗糙，内部蓬松的颗粒状微结构；或者具有与基底连接的下端部分大，上端小，表面粗糙，内部蓬松的山脉状微结构；或者具有纤维交错纵横的织物状微结构。
[0008]优选的，所述基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、热塑性聚氨酯弹性体薄膜、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜或聚酰亚胺薄膜；
[0009]所述基底的厚度为50～100μm。
[0010]本专利技术提供如上文所述的微结构弹性体薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0011]A)将热塑性弹性体材料溶于溶剂中，配制得到浓度为10～120mg/mL的弹性体溶液；
[0012]所述热塑性弹性体材料为氢化苯乙烯
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丁二烯嵌段共聚物和热塑性聚氨酯中的一种或几种；所述溶剂为四氢呋喃、乙酸丁酯、1,4
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二氧六环、环己酮、N,N
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二甲基甲酰胺中的一种或几种；
[0013]B)将所述弹性体溶液均匀喷涂至基底表面，去除溶剂后得到微结构弹性体薄膜。
[0014]优选的，使用空气辅助式喷枪将所述弹性体溶液喷涂至基底表面；所述喷涂的载气压力为0.1～0.8MPa；所述喷嘴的直径为0.8～2.5mm；所述喷涂的距离为20～50cm。
[0015]优选的，所述微结构弹性体薄膜的厚度为50～300μm。
[0016]优选的，通过加热或室温挥发去除溶剂。
[0017]本专利技术提供一种柔性压力传感器，包括上文所述的微结构弹性体薄膜。
[0018]本专利技术提供一种柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0019]1)按照上文中的制备方法获得微结构弹性体薄膜；
[0020]2)在所述微结构弹性体薄膜表面形成导电层，得到传感薄膜；
[0021]3)将所述传感薄膜的导电层一侧与叉指电极组合、封装，得到柔性压力传感器。
[0022]优选的，在所述微结构弹性体薄膜表面喷涂导电墨水，形成导电层；
[0023]或者，在所述微结构弹性体薄膜表面通过磁控溅射或真空蒸镀形成金属导电层。
[0024]优选的，所述导电墨水为导电碳材料的有机分散液；所述导电层的厚度为1～2μm。
[0025]本专利技术提供了一种微结构弹性体薄膜，包括基底和附着在基体表面的微结构层；所述微结构层具有与基底连接的下端部分小，上端膨大，表面粗糙，内部蓬松的颗粒状微结构；或者具有与基底连接的下端部分大，上端小，表面粗糙，内部蓬松的山脉状微结构；或者具有纤维交错纵横的织物状微结构。
[0026]本专利技术提供了一种微结构弹性体薄膜的制备方法，包括以下步骤：A)将热塑性弹性体材料溶于溶剂中，配制得到浓度为10～120mg/mL的弹性体溶液；所述弹性体材料为氢化苯乙烯
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丁二烯嵌段共聚物和热塑性聚氨酯中的一种或几种；所述溶剂为四氢呋喃、乙酸丁酯、1,4
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二氧六环、环己酮、N,N
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二甲基甲酰胺中的一种或几种；B)将所述弹性体溶液均匀喷涂至基底表面，去除溶剂后得到微结构弹性体薄膜。本专利技术的弹性体薄膜制备方法主要基于喷涂工艺。首先选择合适的可溶解的弹性体高分子材料，将其配制成一定浓度的溶液，然后用空气辅助式喷枪将溶液喷涂于控温基底上成膜，待溶液挥干后即可得到具有多层次表面微结构的弹性体薄膜。用该薄膜制备的柔性压力传感器在20000kPa范围内其电流
信号与压力呈现良好的线性关系，并可用于桡动脉脉搏监测。
附图说明
[0027]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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0028]图1为本专利技术实施例1制备得到的微结构弹性体薄膜的光学显微镜侧视图；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微结构弹性体薄膜，包括基底和附着在基体表面的微结构层；所述微结构层具有与基底连接的下端部分小，上端膨大，表面粗糙，内部蓬松的颗粒状微结构；或者具有与基底连接的下端部分大，上端小，表面粗糙，内部蓬松的山脉状微结构；或者具有纤维交错纵横的织物状微结构。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、热塑性聚氨酯弹性体薄膜、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜或聚酰亚胺薄膜；所述基底的厚度为50～100μm。3.如权利要求1所述的微结构弹性体薄膜的制备方法，包括以下步骤：A)将热塑性弹性体材料溶于溶剂中，配制得到浓度为10～120mg/mL的弹性体溶液；所述热塑性弹性体材料为氢化苯乙烯
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丁二烯嵌段共聚物和热塑性聚氨酯中的一种或几种；所述溶剂为四氢呋喃、乙酸丁酯、1,4
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二氧六环、环己酮、N,N
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二甲基甲酰胺中的一种或几种；B)将所述弹性体溶液均匀喷涂至基底表面，去除溶剂后得到微结构弹性体薄膜。4.根据权利要求3所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨小牛，李宗林，张通，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：