一种灵敏度可调的电容式柔性压力传感器及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于压力传感器技术领域，本发明专利技术公开了一种灵敏度可调的电容式柔性压力传感器及其制备方法与应用。本发明专利技术所述电容式柔性压力传感器包括两层多孔聚二甲基硅氧烷介电层、一层离子凝胶介电层和两层集电极。本发明专利技术所述电容式柔性压力传感器在高压区域和低压区域均具有高的灵敏度；在低压区域传感原理是压容效应，在高压区域传感原理是双电层电容效应。在不同压力下所展现的不同电容效应可以使灵敏度曲线出现突变点，该灵敏度突变点可以通过多孔聚二甲基硅氧烷介电层的孔密度和大小来调控，从而实现了传感器灵敏度的按需调控。且该电容式柔性压力传感器制造工艺简单方便，适合大规模生产。合大规模生产。合大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种灵敏度可调的电容式柔性压力传感器及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及压力传感器
，尤其涉及一种灵敏度可调的电容式柔性压力传感器及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]近年来，微电子领域的发展主要聚焦于柔性电子领域，柔性电子器件在无线健康监测，传感器网络，新型人机交互等领域具有巨大的应用前景。在柔性电子领域中，压力感知是极其重要的研究方向。而基于电容式的压力传感器，因为制造方法简单，功耗低，成为实现压力传感的一个重要设计方向。而调控电容式传感器的灵敏度，特别是提高传感器在高压部分的灵敏度一直是柔性电子领域的发展方向之一。目前，所报道的绝大多数电容式传感器都是基于压容效应，该效应在高压部分会使灵敏度曲线发生饱和，从而降低了电容式传感器在高压区域的灵敏度。因此，本领域亟需发展一种在高压和低压下均能保持高灵敏度，且灵敏度可调的电容式传感器。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的为提供一种灵敏度可调的电容式柔性压力传感器及其制备方法与应用，以解决现有的电容式传感器在高压区域灵敏度低，影响电容式传感器应用范围的问题。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种灵敏度可调的电容式柔性压力传感器，所述电容式柔性压力传感器包括多孔聚二甲基硅氧烷介电层、离子凝胶介电层和集电极。
[0006]作为优选，所述电容式柔性压力传感器顺次设置集电极、多孔聚二甲基硅氧烷介电层、离子凝胶介电层、多孔聚二甲基硅氧烷介电层和集电极。r/>[0007]作为优选，每层多孔聚二甲基硅氧烷介电层的厚度为0.1～1mm；每层多孔聚二甲基硅氧烷介电层的制备包括如下步骤：将聚二甲基硅氧烷、固化剂和蔗糖混合，顺次经固化和溶解得到多孔聚二甲基硅氧烷介电层。
[0008]作为优选，所述聚二甲基硅氧烷、固化剂和蔗糖的质量比为1:0.05～0.2:6～10；所述蔗糖的粒径为300～800μm；所述固化的温度为50～70℃，固化的时间为0.5～2h；所述溶解所用试剂为水，溶解的温度为70～90℃，溶解的时间为2～4h。
[0009]作为优选，所述离子凝胶介电层的厚度为0.1～1mm；所述离子凝胶介电层中的离子凝胶聚合物单体为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、海藻酸钠或壳聚糖；每层集电极的厚度为0.01～0.1mm；集电极的材质为钛、铂、金或氧化铟锡。
[0010]本专利技术还提供了所述灵敏度可调的电容式柔性压力传感器的制备方法，包括如下步骤：
[0011]将离子凝胶聚合物单体溶液填充于两层多孔聚二甲基硅氧烷介电层之间后进行
凝胶化，凝胶化完成后将两层集电极分别设置于多孔聚二甲基硅氧烷介电层的两侧，然后进行封装，得到电容式柔性压力传感器。
[0012]作为优选，所述离子凝胶聚合物单体溶液为离子凝胶聚合物单体的水溶液；所述离子凝胶聚合物单体溶液的质量浓度为2～8％。
[0013]作为优选，所述凝胶化包括如下步骤：将填充离子凝胶聚合物单体溶液的多孔聚二甲基硅氧烷介电层浸渍于交联离子溶液中进行凝胶化；所述交联离子溶液为交联离子的水溶液；所述交联离子溶液的质量浓度为2～8％；所述交联离子溶液中的交联离子为硼酸钠、乳酸钙或氯化钙；所述浸渍的时间为20～50min。
[0014]作为优选，所述封装所用试剂为聚二甲基硅氧烷和固化剂的混合物；所述聚二甲基硅氧烷和固化剂的质量比为9～11:1。
[0015]本专利技术还提供了所述灵敏度可调的电容式柔性压力传感器在柔性电子器件中的应用。
[0016]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：
[0017]相比于传统压容效应的电容式传感器，本专利技术所述电容式柔性压力传感器结合压容效应和双电层电容效应，使得该电容式柔性压力传感器在高压区域和低压区域均能够获得优异的灵敏度。该电容式柔性压力传感器在低压区域传感原理是压容效应，在高压区域传感原理是双电层电容效应。在低压区域和高压区域所展现的不同电容效应可以使灵敏度曲线出现突变点，该灵敏度突变点可以通过多孔聚二甲基硅氧烷介电层的孔密度和大小来调控，从而实现了传感器灵敏度的按需调控。且该电容式柔性压力传感器制造工艺简单方便，适合大规模生产。
附图说明
[0018]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。
[0019]图1为本专利技术所述电容式柔性压力传感器的整体结构示意图；
[0020]图2为实施例1～3所得电容式柔性压力传感器的电容变化倍数和压强的关系曲线。
具体实施方式
[0021]本专利技术提供了一种灵敏度可调的电容式柔性压力传感器，所述电容式柔性压力传感器包括多孔聚二甲基硅氧烷介电层、离子凝胶介电层和集电极。
[0022]在本专利技术中，所述电容式柔性压力传感器顺次设置集电极、多孔聚二甲基硅氧烷介电层、离子凝胶介电层、多孔聚二甲基硅氧烷介电层和集电极。
[0023]本专利技术所述电容式柔性压力传感器在低压区域传感原理是压容效应，在高压区域传感原理是双电层电容效应，具有高压区域和低压区域均灵敏的特性，该电容式柔性压力传感器灵敏度曲线具有跳变点，且跳变点可由结构参数变化而调控。该电容式柔性压力传感器的作用原理为：当较小的外界压力作用于电容式柔性压力传感器上，多孔聚二甲基硅
氧烷介电层会发生形变，导致整体结构的介电系数会发生变化，此时传感原理为压容效应，使得电容值发生改变，当外力撤除时，形变将会恢复；当较大的外界压力作用于电容式柔性压力传感器上，多孔聚二甲基硅氧烷介电层极限压缩，由压容效应产生的灵敏度曲线开始饱和，此时处于中间的离子凝胶介电层与上集电极和下集电极相接触，双电层效应开始占据主导，出现灵敏度突变点，并且随着离子凝胶介电层与上集电极和下集电极的接触面积增大，进一步提升电容式柔性压力传感器的灵敏度。
[0024]在本专利技术中，每层多孔聚二甲基硅氧烷介电层的厚度优选为0.1～1mm，进一步优选为0.2～0.8mm。
[0025]在本专利技术中，每层多孔聚二甲基硅氧烷介电层的制备包括如下步骤：将聚二甲基硅氧烷、固化剂和蔗糖混合，顺次经固化和溶解得到多孔聚二甲基硅氧烷介电层。
[0026]在本专利技术中，所述聚二甲基硅氧烷、固化剂和蔗糖的质量比优选为1:0.05～0.2:6～10，进一步优选为1:0.08～0.1:8～9；所述蔗糖的粒径优选为300～800μm，进一步优选为400～500μm；所述固化的温度优选为50～70℃，进一步优选为60～65℃；固化的时间优选为0.5～2h，进一步优选为1～1.5h；所述溶解所用试剂优选为水；溶解的温度优选为70～90℃，进一步优选为80～85℃；溶解的时间优选为2～4h，进一步优选为2.5～3.5h。
[0027]在本专利技术中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种灵敏度可调的电容式柔性压力传感器，其特征在于，所述电容式柔性压力传感器包括多孔聚二甲基硅氧烷介电层、离子凝胶介电层和集电极。2.根据权利要求1所述灵敏度可调的电容式柔性压力传感器，其特征在于，所述电容式柔性压力传感器顺次设置集电极、多孔聚二甲基硅氧烷介电层、离子凝胶介电层、多孔聚二甲基硅氧烷介电层和集电极。3.根据权利要求1或2所述灵敏度可调的电容式柔性压力传感器，其特征在于，每层多孔聚二甲基硅氧烷介电层的厚度为0.1～1mm；每层多孔聚二甲基硅氧烷介电层的制备包括如下步骤：将聚二甲基硅氧烷、固化剂和蔗糖混合，顺次经固化和溶解得到多孔聚二甲基硅氧烷介电层。4.根据权利要求3所述灵敏度可调的电容式柔性压力传感器，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷、固化剂和蔗糖的质量比为1:0.05～0.2:6～10；所述蔗糖的粒径为300～800μm；所述固化的温度为50～70℃，固化的时间为0.5～2h；所述溶解所用试剂为水，溶解的温度为70～90℃，溶解的时间为2～4h。5.根据权利要求3所述灵敏度可调的电容式柔性压力传感器，其特征在于，所述离子凝胶介电层的厚度为0.1～1mm；所述离子凝胶介电层中的离子凝胶聚合物单体为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、海藻酸钠或壳聚糖；每层集电极的厚度为0.01～0.1mm；集电极的材质为...

【专利技术属性】
技术研发人员：万树，叶一舟，李深，万鹏，贺学锋，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：