【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电子皮肤传感器，尤其是涉及一种基于台阶式微圆锥的柔性压力传感器及其制备方法。
技术介绍
1、电子皮肤是柔性电路矩阵组成的传感像素集合，可用于监测外界的各种刺激信号，在智能机器人，人机交互，健康监测等方面具有很大的应用前景。然而，目前研究的电子皮肤主要将传感器集中在一个像素上，这将导致很多问题和挑战，比如复杂的传感结构设计，高性能传感材料与高灵敏度传感器的集成制备，传感器信号干扰以及高成本的制备过程问题。
2、目前国内商业化电阻式压力传感器主要是以硅基半导体材料为主。根据半导体理论可知，材料导电能力将随温度的增加按照指数规律增加，因此会引起严重的温度漂移，这也决定了基于半导体材料压力传感器的工作温度受限。基于有机导电海绵等复合材料的力学触觉传感器得到了的广泛关注。然而，此类压力传感器往往存在精度低和感压范围窄的问题。目前一般通过天然模具构筑半球型、金字塔和锁状等微结构，实现面对面的单个压力传感器的制备。但是天然模具无法控制微结构尺寸和分布，使得同时提高传感器的感压范围和灵敏度受到限制。激光雕刻技术具有良好的可控性，可开发定义明确的微结构，用于制作灵敏度和探测范围可调的压力传感器。因此，提供一种高灵敏宽范围的阵列式传感器是现有技术亟需解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于台阶式微圆锥的柔性压力传感器及其制备方法，通过本方法制备得到的柔性压力传感器，具有柔性、高灵敏度和宽感压范围的特性，并且能够利用传感器的压力变化识别不同类型的物体。p>
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于台阶式微圆锥的柔性压力传感器及其制备方法，包括以下步骤：
3、s1、铜片处理；
4、s2、制备台阶式倒立微圆锥结构铜片；
5、s3、制备台阶式微圆锥结构pdms弹性体；
6、s4、制备台阶式微圆锥结构ag/ti/pdms导电弹性体；
7、s5、制备台阶式微圆锥结构压力传感器。
8、优选的，所述s1中，将铜片裁剪成4×4的尺寸，用热压机进行24h压平处理，将处理完成后的铜片进行预清洗，之后在n2气体中将预清洗的铜片吹干；铜片厚度为0.05～0.2mm，铜片尺寸为75mm×75mm。
9、优选的，所述s1中，预清洗过程为将铜片依次浸泡于洗洁精水、去离子水、乙醇、丙酮溶液中进行超声清洗、烘干，获取预处理后的铜片。
10、优选的，所述s2中，进行两个台阶分布微圆锥结构的制备，具体包括以下步骤：
11、s21、第一个台阶分布倒立微圆锥结构制备：在激光器画图软件上确定两个圆的直径和间距，直径为10μm，间距为25μm，确定两圆的圆心坐标，其中一个圆坐标为(0，0)，第二个圆坐标为(0，25μm)，以这两个圆为阵列，设置横间距、纵间距和阵列数目数，横间距设置为25μm，纵间距设置为100μm，阵列数目数400×100个，在s1处理后的铜片上进行雕刻获得第一个台阶式倒立的微圆锥图案，尺寸为10mm×10mm采用激光雕刻工艺进行处理，激光雕刻工艺参数为扫描速度为500mm/s，雕刻功率为6.09w，雕刻频率为400khz，雕刻次数5次，获得4×4个阵列单元的第一个台阶式倒立的微圆锥；
12、s22、第二个台阶分布倒立微圆锥结构制备：与所述s21步骤相同，将激光器画图软件上设置直径为10μm的，间距设置25μm的2个圆形，其中第一个圆坐标为(0，50μm)，第二个圆坐标为(0，75μm)，以这两个圆为阵列，横间距设置为25μm，纵间距设置为100μm，阵列数目数400×100个，在清洗的铜模具进行雕刻获得第二个台阶式倒立的微圆锥图案，尺寸约10mm×10mm，激光雕刻工艺参数：扫描速度为500mm/s，雕刻功率为6.09w，雕刻频率为400khz，雕刻次数13次，获得4×4个阵列单元的第二个台阶式倒立的微圆锥。
13、优选的，所述s3中包括旋涂台阶式微圆锥结构操作和剥离旋涂台阶式微圆锥结构pdms弹性体操作；
14、所述旋涂台阶式微圆锥结构操作为将pdms前体和固化剂按10：1进行混合搅拌10min，然后将其旋涂在步骤s2中的铜片模具上，旋涂参数为转速800转/分钟，时间10ms，放置真空干燥箱进行常温除泡20min，接着在加热台上90℃固化30min；
15、所述剥离旋涂台阶式微圆锥结构pdms弹性体操作为将pdms从铜片表面上剥离，获得具有4×4阵台阶式微圆锥pdms弹性体。
16、优选的，所述s4中，等离子处理台阶式微圆锥结构，将4×4阵列台阶式微圆锥pdms薄膜贴在0.125mm聚酰亚胺薄膜上，用等离子体处理两分钟；之后采用掩模工艺，对ti和ag靶体采用直流溅射的方式，在预制备的台阶式微圆锥结构pdms弹性体上磁控溅射ag/ti薄膜，得到4×4阵列台阶式微圆锥ag/ti/pdms导电弹性体。
17、优选的，所述s5中，采用聚酰亚胺胶带将两个4×4阵列台阶式微圆锥导电弹性体进行面对面封装，使得两个4×4阵列台阶式微圆锥导电弹性体电极微结构形成梯度分布锁状结构，实现柔性台阶式微圆锥压力传感器的阵列制备。
18、优选的，通过上述制备方法制备得到柔性台阶式微圆锥阵列式压力传感器。
19、因此，本专利技术一种基于台阶式微圆锥的柔性压力传感器及其制备方法，通过本方法制备得到的柔性压力传感器，具有柔性、高灵敏度和宽感压范围的特性，并且能够利用传感器的压力变化识别不同类型的物体。
20、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种基于台阶式微圆锥的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于台阶式微圆锥的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述S1中，将铜片裁剪成4×4的尺寸，用热压机进行24h压平处理，将处理完成后的铜片进行预清洗，之后在N2气体中将预清洗的铜片吹干。
3.根据权利要求2所述的一种基于台阶式微圆锥的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述S1中，预清洗过程为将铜片依次浸泡于洗洁精水、去离子水、乙醇、丙酮溶液中进行超声清洗、烘干，获取预处理后的铜片。
4.根据权利要求3所述的一种基于台阶式微圆锥的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述S2中，进行两个台阶分布的倒立微圆锥结构的制备，具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于台阶式微圆锥的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述S3中包括旋涂台阶式倒立微圆锥结构操作和剥离旋涂台阶式微圆锥结构PDMS弹性体操作；
6.根据权利要求5所述的一种基于台阶式微圆锥的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述S4中，等离子处
7.根据权利要求6所述的一种基于台阶式微圆锥的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述S5中，采用聚酰亚胺胶带将两个4×4阵列台阶式微圆锥导电弹性体进行面对面封装，使得两个4×4阵列台阶式微圆锥导电弹性体电极微结构形成梯度分布锁状结构。
8.根据权利要求7所述的一种基于台阶式微圆锥的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：通过上述制备方法制备得到柔性台阶式微圆锥阵列式压力传感器。
...【技术特征摘要】
1.一种基于台阶式微圆锥的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于台阶式微圆锥的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述s1中，将铜片裁剪成4×4的尺寸，用热压机进行24h压平处理，将处理完成后的铜片进行预清洗，之后在n2气体中将预清洗的铜片吹干。
3.根据权利要求2所述的一种基于台阶式微圆锥的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述s1中，预清洗过程为将铜片依次浸泡于洗洁精水、去离子水、乙醇、丙酮溶液中进行超声清洗、烘干，获取预处理后的铜片。
4.根据权利要求3所述的一种基于台阶式微圆锥的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述s2中，进行两个台阶分布的倒立微圆锥结构的制备，具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于台阶式微圆锥的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述s3中包括旋涂台阶式倒立微圆锥结构操作和剥离旋涂...
【专利技术属性】
技术研发人员：王亚玲，李盼，孙悦，王静，祁诗阳，谭明，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：
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