一种柔性电容式触觉传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种柔性电容式触觉传感器，其包括顶层、上层电极、介质层、下层电极和基底层；所述顶层的顶部为薄膜结构，顶层底部与上层电极电路贴合，均位于电容式触觉传感器中心；介质层为带有微结构的柔性介质层，介质层的上下表面与上层电极和下层电极及顶层底部、基底层顶部接触；基底层上表面与下层电极贴合。所述柔性电容式触觉传感器的制备方法，包括3D打印机制模，注入溶液，固化，贴带有微结构的柔性介质层等步骤。与现有技术相比，本实用新型专利技术具有较高灵敏度、较大量程等特点，还有成本低，制作工艺简单，可靠性高等多方面技术优势。技术优势。技术优势。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性电容式触觉传感器


[0001]本技术属于触觉传感器
，尤其是涉及带有微结构的柔性材料为介质层的一种高灵敏度的柔性电容式触觉传感器。

技术介绍

[0002]柔性电子技术是将电子元器件集成在柔性可延展材料上的新兴电子技术。相对于传统的无机刚性电子器件，柔性电子器件在适用性、便携性及舒适性等方面具有独特的优势。柔性压力传感器以信号传导的形式将生理活动信号转换为可视的电信号，具有轻薄便携、电学性能优异和集成度高等特点。电容式传感器以其零温漂、较高的响应速度和动态范围以及低能耗等优点获得普遍青睐。但是目前现有电容式柔性触觉传感器的制备较为复杂，且受到灵敏度低等问题的困扰。本技术创造性地采用激光超快加工工艺制备介质层的方式，制备高性能的介质层，进而在触觉响应方面得到较高提升。

技术实现思路

[0003]本技术目的在于针对目前柔性触觉传感器制备复杂和灵敏度低的问题，提供用表面带有不同形貌微结构的柔性介质层来提升触觉灵敏度，为之后解决相关问题提供方便。本技术充分利用微结构层的空间疏松、易形变、回弹性能好等特点，制备具有较高灵敏度和较大量程，且结构简单、工艺方法易实现的一种电容式触觉传感器。
[0004]本技术柔性电容式触觉传感器包括顶层1、上层电极2、介质层3、下层电极4和基底层5；所述顶层1的顶部为薄膜结构，顶层1的底部与上层电极2电路贴合，均位于电容式触觉传感器中心,而这里的触觉传感器指代能感知物体接触与振动的感知器件；介质层3采用带有微结构的柔性材料，所述介质层3的上下表面与上层电极2和下层电极4及顶层1底部、基底层5顶部接触；基底层5上表面与下层电极4贴合。
[0005]进一步，所述上层电极2与下层电极4大小一致且平行对齐，且均位于传感器中心位置。传感器表面受到物体接触即通过电极对应电容值的变化感知；带有微结构的介质层具有空间弹性，微结构的存在使得微小力的施加让极板间距极易发生改变，进而能敏锐地感知物体的接触与振动。
[0006]进一步，所述带有微结构的柔性介质层层数可为单层或多层，且柔性介质层的层厚介于10
‑
500μm之间，微结构的形状一般为锥形、半球形，棱台形，所述微结构的高度介于1
‑
100μm之间，底面直径介于1
‑
200μm之间，优选60
‑
150μm之间。
[0007]本技术所述的柔性电容式触觉传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1：由3D打印机制作而成顶层及基底层模具；
[0009]S2：注入柔性材料的混合前驱体溶液；
[0010]S3：置于加热板上进行固化；
[0011]S4：紧接着将带有微结构的柔性介质层，对准贴附于下层电极表面，使介质层光滑的下表面与下层电极充分接触；
[0012]S5：待柔性材料完全固化后，揭下基底层及其附着物，将其对准黏贴于顶层附着物表面，
[0013]S6：用注射器抽取一定量的柔性混合前驱体溶液均匀涂覆于缝隙处，加热固化封装完成传感器制备。
[0014]进一步，在混合前驱体溶液处于固化的临界时，分别将相应电极贴附于倒有柔性材料的顶层模具和基底层模具表面，并使得上下层电极处于模具的中心位置，且与边缘平行。
[0015]进一步，所述顶层1与基底层5为同一材料，电容式触觉传感器最后封装所用材料与顶层及基底层保持一致。
[0016]进一步，所述介质层采用倒模工艺制备而成，所用模具为Si、SiC、GaN、SiO2材料；所述介质层采用PDMS、Ecoflex等柔性材料，所述模具上带有图案，所述图案为激光器超快加工所得，使用的激光器包括飞秒激光器、皮秒激光器、纳秒激光器等，设计好图案形状，通过调节参数在模具表面上打出相应凹槽，凹槽的形状由激光加工方式决定，可以为倒锥状、倒半球状、倒柱状等。
[0017]进一步，所述图案为圆形、平行四边形、多边形等图形，图形面积大小为1
‑
40000μm2，图形间隔1
‑
200μm。
[0018]进一步，所述激光器参数调节范围，包括激光频率10Hz
‑
100MHz、直写速度100
‑
1200mm/s、输出功率1
‑
24W、脉宽>100fs等。
[0019]进一步，所述上层电极2和下层电极4采用微纳技术制得，所述微纳技术包括溅射、薄膜汽相沉积和氧等离子刻等工艺技术的组合。
[0020]与现有技术相比，本技术具有较高灵敏度、较大量程等特点，还有成本低，制作工艺简单，可靠性高等多方面技术优势。
[0021]下面结合附图和具体实施例对本技术的技术方案进行详细地说明。
附图说明
[0022]图1为本技术柔性电容式触觉传感器的结构拆分立体示意图；
[0023]图2为本技术柔性电容式触觉传感器微结构偏光金相显微镜下的实际图；
[0024]图3为本技术柔性电容式触觉传感器激光超快加工介质层模具基板示意图；
[0025]图4为本技术柔性电容式触觉传感器制作工艺流程图；
[0026]图5为本技术柔性电容式触觉传感器的互连图。
[0027]在图1～5中，各标记为：1、顶层；2、上层电极；3、介质层；4、下层电极；5、基底层；6、半球型微结构；7、柔性桥体结构。
具体实施方式
[0028]如图1所示，本技术柔性电容式触觉传感器包括顶层1、上层电极2、介质层3、下层电极4、基底层5；所述顶层1的顶部为薄膜结构，顶层1的底部与上层电极2电路贴合，均位于电容式触觉传感器中心；介质层3采用带有半球型微结构6的柔性介质层，柔性介质层的上下表面与上层电极2和下层电极4及顶层1底部、基底层5顶部接触；基底层5上表面与电极4贴合。
[0029]如图2所示，为带有微结构柔性介质层的实物图，半球状的微凸起结构清晰可见。
[0030]如图3所示，带有微结构的柔性介质层的制备采用激光器超快加工的方式，所用模具一般为硅片或玻璃，设计好图案形状，通过调节参数在基底上打出相应凹槽，凹槽的形状由激光加工方式决定，可以为倒锥状、倒半球状、倒柱状等，经过硅橡胶PDMS前驱体溶液的涂覆及凝固过程后，将介质层薄膜揭下。
[0031]如图4所示，为电容式触觉传感器制作过程，首先由3D打印机制作而成顶层及基底层模具，倒入柔性材料的混合前驱体溶液，置于加热板上进行固化，在混合溶液处于固化的临界时，分别将相应电极贴附于倒有柔性材料的顶层模具和基底层模具表面，并使得上下层电极处于模具的中心位置，并与边缘平行。紧接着将揭下的带有微结构的柔性介质层薄膜，对准贴附于下层电极表面，使介质层光滑的下表面与下层电极充分接触。然后待柔性材料完全固化后，揭下基底层及其附着物，将其对准黏贴于顶层附着物表面，再用注射器抽取一定量的柔性混合前驱体溶液均匀涂覆于缝隙处，加热固化封装完本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性电容式触觉传感器，其特征在于，包括顶层、上层电极、介质层、下层电极和基底层；所述顶层的顶部为薄膜结构，顶层的底部与上层电极电路贴合，均位于电容式触觉传感器中心；所述介质层为带有微结构的柔性介质层，介质层的上下表面与上层电极和下层电极及顶层底部、基底层顶部接触；基底层上表面与下层电极贴合；所述带有微结构的柔性介质层，一面有微结构或两面均有微结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宇超，
申请(专利权)人：朱宇超，
类型：新型
国别省市：