【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于柔性电子技术及传感器，具体涉及一种面积可变的多级柔性电容传感器及制备方法和应用。
技术介绍
1、近年来，柔性电子技术发展日新月异。柔性传感器作为该领域的核心技术，得到了广泛的关注。柔性传感器具有体积小、灵敏度高，可承受大变形等特点，在电子皮肤，生物生理信息检测等领域得到了广泛的研究和应用。目前，柔性传感器主要以压阻、压电、摩擦电、电容等不同类型的压力传感器为主。与其他传感机理相比，基于电容的柔性压力传感器具有能耗低、相应速度快、低滞后等特点，受到了广泛的关注。
2、电容传感器的类型主要分为间距变化型、面积变化型和介质变化型。目前，柔性电容传感器主要以间距变化型为主，采用夹层结构。柔性电容传感器在介质层、电极层和基底材料中都会选择柔性材料，使传感器具有更好的柔性效果。由于柔性材料的影响，给传感器造成的影响是使传感器的恢复能力产生一定的延时。为了进一步提高柔性电容传感器的灵敏度，一些人开始在介质层和电极层中引入一些微结构或仿生结构。这些微结构的引入能大大提升传感器的性能。但大部分的微结构都是相同大小，这类均匀的微结构给传感器带来一个明显缺点为测量范围小，很容易饱和。
3、因此，开发一种高灵敏度，宽测量范围，超短恢复时间的柔性电容传感器具有十分重要的意义和巨大的应用价值。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种面积可变的多级柔性电容传感器及制备方法和应用，目的在于本专利技术的柔性电容传感器在各电极层之间的间距变化的同时，通过
2、为了实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：
3、一种面积可变的多级柔性电容传感器，包括封装层、分隔层和贴合在分隔层顶面和底面的电极层，所述电极层包括形状和级数匹配的多级微结构电极层和面积离散电极层，多级微结构电极层和面积离散电极层由外向内至少分别对应设置两级，每级微结构电极层表面均设有朝向一致的阵列式微结构，阵列式微结构的高度由外向内逐级依次降低，两面积离散电极层与多级微结构电极层最外侧的阵列式微结构贴合，两封装层分别贴合在两面积离散电极层上。
4、进一步地，所述面积离散电极层由居中设置的中间凸台和以中间凸台同心设置的由内向外的多级环状凸台组成，中间凸台与多级环状凸台的高度相同，中间凸台与相邻环状凸台和多级环状凸台之间设有间距；
5、所述多级微结构电极层通过支架由外向内依次连接的多级环状片组成，每级环状片上均设有朝向一致的阵列式微结构，阵列式微结构的高度由外向内逐级依次降低，两面积离散电极层最外侧与多级微结构电极层最外侧的阵列式微结构贴合，多级微结构电极层的其他级的阵列式微结构与对应级别的面积离散电极层不接触，且多级微结构电极层最内侧的环状片上的阵列式微结构对应面积离散电极层的中间凸台中部，多级微结构电极层其他级环状片上的阵列式微结构分别对应面积离散电极层的环状凸台中部。
6、进一步地，所述中间凸台和多级环状凸台的横截面分别大于对应级别的多级环状片的横截面，多级微结构电极层由导电粉末或者mxene材料制备而成，多级面积离散电极层由导电粉末、金属薄膜或mxene材料制备而成。
7、进一步地，所述中间凸台为圆凸台，环状凸台为圆环形凸台，环形片为圆环形片。
8、进一步地，所述阵列式微结构为金字塔型、圆锥型、圆柱型或半球型。
9、进一步地，所述封装层和分隔层均分别由聚丙烯酸丁酯、聚氨酯或聚二甲基硅氧烷中的至少一种材料制成柔性基底层。
10、一种所述的面积可变的多级柔性电容传感器的制备方法，包括如下步骤：
11、s1.用超快激光在硬质材料表面烧蚀分别制造多级微结构电极层和面积离散电极层的微结构模板，并在超声清洗环境下用hf酸浸泡多级微结构电极层和面积离散电极层的微结构模板；
12、s2.在多级微结构电极层微结构模板上涂抹导电粉末或mxene材料，在面积离散电极层微结构模板上涂抹导电粉末或mxene材料或金属薄膜，再分别在多级微结构电极层和面积离散电极层的微结构模板上旋涂柔性材料，烘干固化后分别形成多级微结构电极层和面积离散电极层的封装层；
13、s3.将带有封装层的多级微结构电极层和面积离散电极层分别从对应的微结构模板上撕下来，分别裁剪获得带有封装层的多级微结构电极层和面积离散电极层；
14、s4.将两相反方向的带有封装层的多级微结构电极层贴合在一起，再将两带有封装层的面积离散电极层分别贴合在两相反方向的带有封装层的多级微结构电极层上，并用柔性胶封装边缘，完成面积可变的多级柔性电容传感器的制备。
15、进一步地，步骤s1中所述的硬质材料为玻璃基底、蓝宝石衬底或碳化硅衬底。
16、进一步地，步骤s2中所述烘干温度为室温，时间为48h，或所述烘干温度为90℃，时间为1h。
17、所述的一种面积可变的多级柔性电容传感器在制备人体生理信息检测、机器人传感或生物医疗领域的产品中的应用。
18、本专利技术的优点
19、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
20、1、本专利技术的一种面积可变的多级柔性电容传感器通过引入多级微结构电极层，使柔性电容传感器具有更短的恢复时间和进一步提高了柔性电容传感器的灵敏度。与均匀的微结构相比，多级微结构电极层使传感器具有更宽的测量范围，不易饱和。
21、2、本专利技术的柔性电容传感器通过引入面积离散电极层的结构，当作用力施加在柔性电容传感器的受力区域时，该柔性电容传感器在各电极层之间间距改变的同时，能改变柔性电容传感器面积离散电极层电极层与多级微结构电极层之间的有效接触面积，提高柔性电容传感器的灵敏度，因此，具有高灵敏度、宽测量范围等优点。
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1.一种面积可变的多级柔性电容传感器，其特征在于，包括封装层、分隔层和贴合在分隔层顶面和底面的电极层，所述电极层包括形状和级数匹配的多级微结构电极层和面积离散电极层，多级微结构电极层和面积离散电极层由外向内至少分别对应设置两级，每级微结构电极层表面均设有朝向一致的阵列式微结构，阵列式微结构的高度由外向内逐级依次降低，两面积离散电极层与多级微结构电极层最外侧的阵列式微结构贴合，两封装层分别贴合在两面积离散电极层上。
2.如权利要求1所述的面积可变的多级柔性电容传感器，其特征在于，所述面积离散电极层由居中设置的中间凸台和以中间凸台同心设置的由内向外的多级环状凸台组成，中间凸台与多级环状凸台的高度相同，中间凸台与相邻环状凸台和多级环状凸台之间设有间距；
3.如权利要求2所述的面积可变的多级柔性电容传感器，其特征在于，所述中间凸台和多级环状凸台的横截面分别大于对应级别的多级环状片的横截面，多级微结构电极层由导电粉末或者MXene材料制备而成，多级面积离散电极层由导电粉末、金属薄膜或MXene材料制备而成。
4.如权利要求2所述的面积可变的多级柔性电容传
5.如权利要求1所述的面积可变的多级柔性电容传感器，其特征在于，所述阵列式微结构为金字塔型、圆锥型、圆柱型或半球型。
6.如权利要求1所述的面积可变的多级柔性电容传感器，其特征在于，所述封装层和分隔层均分别由聚丙烯酸丁酯、聚氨酯或聚二甲基硅氧烷中的至少一种材料制成柔性基底层。
7.一种权利要求1至6中任意一项所述的面积可变的多级柔性电容传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的硬质材料为玻璃基底、蓝宝石衬底或碳化硅衬底。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述烘干温度为室温，时间为48h，或所述烘干温度为90℃，时间为1h。
10.根据权利要求1至7中任意一项所述的一种面积可变的多级柔性电容传感器在制备人体生理信息检测、机器人传感或生物医疗领域的产品中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种面积可变的多级柔性电容传感器，其特征在于，包括封装层、分隔层和贴合在分隔层顶面和底面的电极层，所述电极层包括形状和级数匹配的多级微结构电极层和面积离散电极层，多级微结构电极层和面积离散电极层由外向内至少分别对应设置两级，每级微结构电极层表面均设有朝向一致的阵列式微结构，阵列式微结构的高度由外向内逐级依次降低，两面积离散电极层与多级微结构电极层最外侧的阵列式微结构贴合，两封装层分别贴合在两面积离散电极层上。
2.如权利要求1所述的面积可变的多级柔性电容传感器，其特征在于，所述面积离散电极层由居中设置的中间凸台和以中间凸台同心设置的由内向外的多级环状凸台组成，中间凸台与多级环状凸台的高度相同，中间凸台与相邻环状凸台和多级环状凸台之间设有间距；
3.如权利要求2所述的面积可变的多级柔性电容传感器，其特征在于，所述中间凸台和多级环状凸台的横截面分别大于对应级别的多级环状片的横截面，多级微结构电极层由导电粉末或者mxene材料制备而成，多级面积离散电极层由导电粉末、金属薄膜或mxene材料制备而成。
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【专利技术属性】
技术研发人员：龙雨，杨成，纪昌豪，冯诗和，陶雨欣，魏钰力，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：
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