一种柔性压力传感器件及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于无机柔性电子器件技术领域，具体涉及一种柔性压力传感器件及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种柔性压力传感器件及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于无机柔性电子器件
，具体涉及一种柔性压力传感器件及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]室温低熔点液态金属因其自身出色的物理化学特性如较强的导电性能
、
较高的热导率
、
优异的机械性能
、
低粘度以及自身可流变性等逐渐成为制备无机柔性电子器件的新兴电子导电功能材料，并被广泛应用于
3D
打印
、
喷墨打印
、
图案化转印等领域，越来越多的应用于生产生活各个领域的液态金属基柔性电子传感器件，如应用于功能性人机界面的可穿戴液态金属传感器
、
用于电子皮肤的基于液态金属全软多轴力传感器和用于连续监测眼压变化的高灵敏度液态金属隐形眼镜传感器
。
[0003]但是，被视为理想电路导电介质的室温低熔点液态金属自身存在一个不可忽视的问题，即其自身熔点在
16℃
在左右，在低温甚至超低温下会发生凝固，失去自身所具有的优异物化性能，从而由液态金属制备的无机柔性电子传感器件无法满足低温甚至超低温环境下的应用条件，这限制了无机柔性电子技术在应用领域向更深层次的发展
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种柔性压力传感器件及其制备方法和应用，本专利技术提供的柔性压力传感器件具有良好的机械性能以及传感性能，可以实现在低温甚至超低温环境下
(
‑
50℃)
对外加负载的精确响应，能够应用于极地科考防护服或航空航天的宇航服的人机界面
。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种柔性压力传感器件，包括柔性衬底；所述柔性衬底包括第一柔性聚合物钝化层和第二柔性聚合物钝化层，所述第一柔性聚合物钝化层设置有若干传感单元，所述传感单元设置有导电微通道；所述第二柔性聚合物钝化层与所述第一柔性聚合物钝化层层叠设置，用于将所述第一柔性聚合物钝化层的导电微通道密封；
[0007]还包括填充于所述导电微通道内的电路导电介质；所述电路导电介质为离子液体，所述离子液体的熔点温度＜
‑
50℃。
[0008]优选的，所述离子液体为1‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体
。
[0009]优选的，所述导电微通道的形状为正方形螺旋线形；正方形螺旋线形导电微通道的螺旋圈数为5圈；
[0010]所述导电微通道的尺寸为：长度为
193mm
，宽度为
0.08mm
，深度为
0.08mm。
[0011]优选的，所述传感单元的形状为正方形，尺寸为
4mm
×
4mm
；所述传感单元的个数
≥2
时，相邻传感单元的间隔距离为
0.4mm。
[0012]优选的，所述传感单元的个数为9个，9个传感单元在所述第一柔性聚合物钝化层中呈正方形阵列排布
。
[0013]优选的，所述第一柔性聚合物钝化层为
Ecoflex
膜，所述第二柔性聚合物钝化层为聚二甲基硅氧烷膜
。
[0014]本专利技术提供了上述技术方案所述的柔性压力传感器件的制备方法，包括以下步骤：
[0015](1)
使用模具制备第一柔性聚合物钝化层和未完全固化的第二柔性聚合物钝化层；所述第一柔性聚合物钝化层设置有若干传感单元，所述传感单元设置有导电微通道；
[0016](2)
将所述第一柔性聚合物钝化层和未完全固化的第二柔性聚合物钝化层贴合后固化，得到半成品；
[0017](3)
向所述半成品的导电微通道中注入离子液体，得到柔性压力传感器件
。
[0018]优选的，步骤
(1)
中：所述第一柔性聚合物钝化层为
Ecoflex
膜时，所述第一柔性聚合物钝化层制备时的固化温度为室温，时间
≥30min
；所述第二柔性聚合物钝化层为聚二甲基硅氧烷膜时，所述未完全固化的第二柔性聚合物钝化层制备时的固化温度为
40
～
45℃
，时间为2～
3h
；
[0019]步骤
(2)
中，所述固化的温度为
40
～
45℃
，时间
≥6h。
[0020]本专利技术提供了上述技术方案所述的柔性压力传感器件或上述技术方案所述的制备方法制备得到的柔性压力传感器件在极地科考防护服人机界面或航空航天宇航服的人机界面中的应用
。
[0021]优选的，所述应用的环境温度为
‑
10
～
‑
50℃。
[0022]本专利技术提供了一种柔性压力传感器件，包括柔性衬底；所述柔性衬底包括第一柔性聚合物钝化层和第二柔性聚合物钝化层，所述第一柔性聚合物钝化层设置有若干传感单元，所述传感单元设置有导电微通道；所述第二柔性聚合物钝化层与所述第一柔性聚合物钝化层层叠设置，用于将所述第一柔性聚合物钝化层的导电微通道密封；还包括填充于所述导电微通道内的电路导电介质；所述电路导电介质为离子液体，所述离子液体的熔点温度＜
‑
50℃。
本专利技术采用具有宽工作温程
、
低熔点温度的离子液体作为电路导电介质得到超低温柔性压力传感器件，拓宽柔性电子传感器在超低温使用工作环境场景，具有良好的机械性能以及传感性能，可以实现在低温甚至超低温环境下对外加负载的精确响应，能够应用于极地科考防护服或航空航天的宇航服的人机界面
。
[0023]进一步的，在本专利技术中，所述离子液体为1‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体
。
所述1‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体的熔点温度为
‑
87℃
，能够满足传感器在
‑
50℃
温度下正常工作的需求；并且1‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体与
Ecoflex
，膜润湿性良好
。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1制备的离子液体柔性压力传感器件放置于万能拉伸机上进行多次测量实验求平均值并得到拉伸应力应变曲线；
[0025]图2为本专利技术实施例1制备的离子液体柔性压力传感器件在最大应变下进行多次拉伸循环实验的曲线图；
[0026]图3为本专利技术实施例1制备的离子液体柔性压力传感器件的剥离强度测试结果；
[0027]图4为本专利技术实施例1制备的离子液体柔性压力传感器件的低温下低频形变检测
结果；
[0028]图5为本专利技术实施例1制备的离子液体柔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种柔性压力传感器件，其特征在于，包括柔性衬底；所述柔性衬底包括第一柔性聚合物钝化层和第二柔性聚合物钝化层，所述第一柔性聚合物钝化层设置有若干传感单元，所述传感单元设置有导电微通道；所述第二柔性聚合物钝化层与所述第一柔性聚合物钝化层层叠设置，用于将所述第一柔性聚合物钝化层的导电微通道密封；还包括填充于所述导电微通道内的电路导电介质；所述电路导电介质为离子液体，所述离子液体的熔点温度＜
‑
50℃。2.
根据权利要求1所述的柔性压力传感器件，其特征在于，所述离子液体为1‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体
。3.
根据权利要求1所述的柔性压力传感器件，其特征在于，所述导电微通道的形状为正方形螺旋线形；正方形螺旋线形导电微通道的螺旋圈数为5圈；所述导电微通道的尺寸为：长度为
193mm
，宽度为
0.08mm
，深度为
0.08mm。4.
根据权利要求1或3所述的柔性压力传感器件，其特征在于，所述传感单元的形状为正方形，尺寸为
4mm
×
4mm
；所述传感单元的个数
≥2
时，相邻传感单元的间隔距离为
0.4mm。5.
根据权利要求4所述的柔性压力传感器件，其特征在于，所述传感单元的个数为9个，9个传感单元在所述第一柔性聚合物钝化层中呈正方形阵列排布
。6.
根据权利要求1所述的柔性压力传感器件，其特征在于，所述第一柔性聚合物钝化层为
Ecoflex
膜，所述第二柔性聚合物钝化层为聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：易鸿宇，葛孔禹，孟帅帅，冯欢欢，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：