一种柔性压阻传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种柔性压阻传感器，包括玻璃衬底层，玻璃衬底层表面设置有压敏层，玻璃衬底层两侧分别设置有柔性电极，压敏层包括导电纤维层和压阻传感材料层，导电纤维层采用三维立体网格结构。本实用新型专利技术结构简单，设计紧凑，柔性压阻传感器中含有三维网格结构的导电纤维层，网格结构的导电纤维层能够提高压阻传感器导电网络的构成速度，改善电阻随压强变化的线性关系，缓解电阻弛豫以及迟滞效应，提高压阻传感器的响应速度。高压阻传感器的响应速度。高压阻传感器的响应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性压阻传感器


[0001]本技术属于可穿戴电子材料
，具体涉及一种柔性压阻传感器。

技术介绍

[0002]柔性压阻传感器主要是由弹性体聚合物和导电材料构成的复合材料制备而成。在填充型导电材料中，常用的是导电橡胶，导电橡胶虽然已经广泛地应用于航天，医学，电气及电子工程等许多领域，但仍然存在一些问题与不足，尤其是炭黑填充型的导电橡胶，填料颗粒容易团聚从而导致导电网络分布不均匀进而产生电阻弛豫；其次，由于高分子聚合物的长链分子和分子运动的明显弛豫性质，胶体材料有一种显著特性即弛豫，也就是响应延迟。弛豫特性会对压敏材料的精度和稳定性造成一定影响，当导电硅橡胶用作传感器单元时，材料的敏感程度及变化范围是比较重要的指标，电阻弛豫将会导致人机交互中电子皮肤的响应迟缓。

技术实现思路

[0003]本技术要解决的是现有柔性压阻传感器存在电阻弛豫、迟滞现象造成相应迟缓的问题，提供了一种基于静电纺丝骨架结构的柔性压阻传感器。
[0004]本技术采用如下技术方案：一种柔性压阻传感器，包括玻璃衬底层，所述玻璃衬底层表面设置有压敏层，所述压敏层包括导电纤维层和压阻传感材料层，所述导电纤维层为三维立体网格结构，所述玻璃衬底层两侧分别设置有柔性电极。
[0005]进一步的，所述导电纤维层的厚度为8
‑
12μm。
[0006]进一步的，以聚氧化乙烯或聚偏二氟乙烯为原料制成纺丝溶液，采用静电纺丝喷头以网格骨架为轨迹得到三维网格结构。
[0007]进一步的，所述三维网格结构的网格大小为5*5mm。
[0008]进一步的，所述导电纤维层的网格结构由静电纺丝技术制备得到的方形、圆形、菱形、螺旋形以及蜂窝状中的任一种。
[0009]进一步的，所述压阻传感材料层厚度为20
‑
50μm，所述压阻传感材料层采用旋涂法制备得到。
[0010]所述压阻传感材料层由柔性基底加入导电填料制成，所述柔性基底为聚二甲基硅氧烷、高分子有机硅化物、热塑性弹性体或硅橡胶中的一种，所述导电填料为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯或金属颗粒。
[0011]本技术的优点具体如下：本技术制备得到的柔性压阻传感器包含采用静电纺丝技术制备得到三维网格结构的导电纤维层，以及采用旋涂法制备得到压阻传感材料层，三维网格结构的导电纤维层能够提高传感器导电网络构成速度，改善电阻随压强变化的线性关系，缓解电阻弛豫以及迟滞效应，提高压阻传感器的使用性能。本技术制备的到的柔性压阻传感器具有低弛豫、高灵敏度、检测范围宽、柔性好以及可穿戴的优点，能够应用于电子皮肤、健康监测以及可穿戴电子器件等健康领域。
附图说明
[0012]图1为本技术柔性压阻传感器的结构示意图。
[0013]图2为本技术实施例中静电纺丝技术制备导电纤维层时的纺丝路径图。
[0014]图3为本技术实施例中的压敏层在空载时导电网络构成速率图。
[0015]图4为本技术实施例中的压敏层和对比例的压敏层的电阻随压力变化曲线图。
[0016]图5为本技术实施例中压敏层的压敏特性曲线图。
[0017]图6为本技术实施例中的压敏层与对比例的压敏层ΔR/R0对时间的一阶导数对比图。
[0018]附图标记说明：玻璃衬底层1、导电纤维层2、压阻传感材料层3、柔性电极4。
具体实施方式
[0019]为了使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体附图对本技术的具体实施方式作进一步的说明。
[0020]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是本技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施例，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似推广，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0021]实施例一：
[0022]由图1可知，一种柔性压阻传感器，包括玻璃衬底层1，所述玻璃衬底层1表面设置有压敏层，所述压敏层包括导电纤维层2和压阻传感材料层3，导电纤维层2为三维立体骨架的网格结构，压阻传感材料层3采用旋涂法在导电纤维层表面形成柔性薄膜。
[0023]柔性压阻传感器的制备方法，包括如下步骤：
[0024]步骤一：导电纤维层的制备
[0025](1)静电纺丝技术植入网络图案：首先采用软件绘制纺丝形状，确定纺丝区域、行列间距以及纺丝周期，形成点胶机胶头运动方向与路线，如图2所示，点胶机胶头运动沿图2中的轨迹形成三维网格结构的导电纤维层；
[0026](2)纺丝溶液配制：取聚氧化乙烯PEO加入去离子水，采用超声波溶解2
‑
3h使聚氧化乙烯PEO粉末完全溶解，配制得到浓度为6g/100ml的纺丝溶液；
[0027](3)切割25mm*25mm的玻璃板作为纺丝的基底玻璃衬底层1，使用无水乙醇和异丙醇分别清洗玻璃板表面保证基底表面干净；
[0028](4)选定已绘制的运动轨迹，设定胶头参数；
[0029](5)用无水乙醇和异丙醇清洗针管与点胶机胶头之间的连接导管，将配置的聚氧化乙烯溶液吸入10ml针管，将吸入溶液的针管静止后将气泡推出针管；
[0030](6)先不运行移动平台的既定轨迹，通过手动调节微量注射泵使喷头处挤出PEO小液滴的状态，然后开始打开注射泵匀速微量地推出PEO溶液，此时打开高压电源，缓慢调大电压值，当胶头能均匀喷出细丝时即为所需要的静电纺丝状态；
[0031](7)打开移动平台，运行预设的移动程序让移动平台按照设定的运动轨迹运动，使纺丝在基底上编织成三维网格状，网格结构大小为5*5mm，三维网格结构包括方形、圆形、菱形、螺旋形以及蜂窝状中的任一种，纺丝周期为30次，厚度为8
‑
12μm；
[0032](8)移动平台运行完毕，先关闭高压电源，再停止微量注射泵，取下样品后进行清洗。
[0033]步骤二：旋涂法制备压阻传感材料层，包括如下步骤：
[0034](1)压阻传感材料层的制备：将炭黑按稀释比1：12加入甲基三乙氧基硅烷进行稀释，各组分按质量比为硅橡胶：交联剂：催化剂：稀释剂1：0.05：0.025：0.1，硅橡胶在磁力搅拌状态下加入稀释过的炭黑和交联剂正硅酸乙酯，以300r/min的转速搅拌5min，随后加入催化剂二月桂酸丁基锡以100r/min的转速搅拌2min，最后加入稀释剂二甲基硅油以300r/min的转速搅拌5min，置于真空管中抽真空5min直至没有气泡涌出；
[0035](2)旋涂法：采用旋涂仪在导电纤维层表面制备得到压阻传感材料层薄膜，首先采用500rpm速度下旋涂10s，然后再采用750rpm速度下旋涂50s，制备得到的压阻传感材料层于通风环境下挥发固化24h，压阻传感材料层的厚度为20
‑
50μm。
[0036]步骤三：在玻璃衬底层表面完成压敏层制备后，使压敏层薄膜与玻璃片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性压阻传感器，其特征在于： 包括玻璃衬底层（1），所述玻璃衬底层（1）表面设置有压敏层，所述压敏层包括导电纤维层（2）和压阻传感材料层（3），所述导电纤维层（2）为三维网格结构，所述玻璃衬底层两侧分别连接有柔性电极（4）。2.根据权利要求1所述的柔性压阻传感器，其特征在于：所述导电纤维层的厚度为8
‑
12μm。3.根据权利要求1所述的柔性压阻传感器，其特征在于：所述导电纤维层（2）以聚氧化乙烯或聚偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾文华，黄丽燕，岳玉涛，顾炎飚，汪宗洋，
申请(专利权)人：江苏集萃深度感知技术研究所有限公司，
类型：新型
国别省市：