柔性壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柔性壓力傳感器。該壓力傳感器包括：上下層襯底；置于襯底上的電極；電極之間的絕緣填充材料。該壓力傳感器采用柔性襯底，電極材料采用金屬材料或碳粉材料加工而成，電極加工方法采用壓印方式，可實現(xiàn)該類器件大規(guī)模批量化生產(chǎn)的目的。本發(fā)明提出的新型柔性壓力傳感器具有靈敏度高，可大規(guī)模制造，用途廣泛等優(yōu)點。
【專利說明】
柔性壓力傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及壓力檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是柔性傳感器領(lǐng)域，具體為一種柔性壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)壓力傳感器作為采集控制點壓力數(shù)據(jù)的專用器件，常用的壓力傳感器種類繁多，按敏感機理不同主要分為壓阻式、壓電式、電容式、光傳感器式、磁傳感式、超生傳感式和機械傳感式等。理想的壓力傳感器，應(yīng)該具有成本低廉、制備簡單和耐用性強等特點。常規(guī)壓力傳感器在電力、汽車、家居、工業(yè)制造等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景，但是常規(guī)壓力傳感器大都基于硬性的支撐襯底，不適用于大面積或不規(guī)則表面的壓力檢測，存在加工成本高、流程復(fù)雜等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種具有較高靈敏度，加工簡易，成本低廉的柔性壓力傳感器。
[0004]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種柔性壓力傳感器，包括上層柔性襯底和下層柔性襯底，所述上層柔性襯底上分布有上電極，所述下層柔性襯底上分布下電極，所述上電極和下電極間隔相對布置;所述上下層柔性襯底之間設(shè)置柔性伸縮絕緣層。
[0005]傳感器的工作原理為，當(dāng)有力壓在上下襯底上時，柔性可伸縮絕緣層會發(fā)生收縮，使得上下電極相互靠近，上下電極間的有效面積增加，器件的電容值發(fā)生變化，進而通過電容值的變化確定作用的壓力值。
[0006]優(yōu)選的，所述上下層柔性襯底采用聚對苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亞胺材料制作。
[0007 ]所述上下電極采用金屬材料或者碳粉材料制作。
[0008]所述柔性伸縮絕緣層采用聚二甲基硅氧烷材料制作。
[0009]柔性壓力傳感器的具體制備方法如下:
(I )、柔性襯底材料的預(yù)處理:將上下層柔性襯底先后采用乙醇及水在超聲模式下清洗后烘干；
(2)、采用金屬材料或碳粉材料，配以易揮發(fā)漿料作為粘連材料，加工上下電極；
將上下電極通過采用納米壓印或者絲網(wǎng)印刷的方式分別制備于上下層襯底之上；
(3)、壓力敏感材料的制備:
第一步，可伸縮絕緣層材料選用聚二甲基硅氧烷通過旋轉(zhuǎn)涂敷或者絲網(wǎng)印刷加工方式將第一層PDMS制備于電極結(jié)構(gòu)之上；
第二步，采用一層一層的方式，將吡咯單體倒入氯化鐵溶液中，將上述制備有一層PDMS結(jié)構(gòu)的器件浸泡入上述溶液中，靜置30秒，再取出，在形成的第一層PDMS之上制備出單層聚吡咯聚合物；
第三步，在此基礎(chǔ)上再通過旋轉(zhuǎn)涂敷或者絲網(wǎng)印刷加工方式將第二層PDMS制備于聚吡咯聚合物之上，重復(fù)上述動作，最后形成三層PDMS夾有兩層聚吡咯聚合物的敏感層結(jié)構(gòu)，形成壓力敏感層；
(4)、在壓印成型之后，器件置于60-120°C溫度范圍的真空干燥箱中加熱10-60min，以揮發(fā)部分漿料的粘連材料。
[0010]優(yōu)選的，步驟(I)中，柔性襯底材料選擇聚對苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亞胺。
[0011]步驟(2)中，所述易揮發(fā)漿料采用聚酯材料。
[0012]本柔性壓力傳感器與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
通過采用壓印技術(shù)實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的目的，同時通過采用金屬材料或碳粉材料作為電極材料，一方面與納米壓印技術(shù)兼容，另一方面達到降低電極材料成本的目的。
【附圖說明】
[0013I圖1表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中，1-上層柔性襯底，2-下層柔性襯底，3-上電極，4-下電極，5-柔性伸縮絕緣層。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例進行詳細說明。
[0016]—種新型的柔性壓力傳感器，該器件主要包含上下層襯底、置于襯底上的電極及電極之間的柔性絕緣材料。如圖1所示，具體為，包括上層柔性襯底I和下層柔性襯底2，所述上層柔性襯底I上分布有上電極3，所述下層柔性襯底2上分布下電極4，所述上電極3和下電極4間隔相對布置;所述上下層柔性襯底1、2之間設(shè)置柔性伸縮絕緣層5。
[0017]上下層柔性襯底主要可以采用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚酰亞胺(PI)等具有較好柔韌性及絕緣性的材料。
[0018]電極主要采用金屬材料(如導(dǎo)電銀漿)或碳粉材料，電極位于襯底之上，并與襯底緊密接觸，電極結(jié)構(gòu)采用叉指形狀，電極材料通過采用納米壓印或者絲網(wǎng)印刷的方式制備于襯底之上。壓印模具或網(wǎng)印模板線條寬度根據(jù)所需要加工的柔性壓力傳感器電極尺寸而定。
[0019]柔性可伸縮絕緣層材料選用具有較好的延展性的PDMS，作為柔性壓力傳感器的彈性電容層的介質(zhì)材料，當(dāng)有力壓在上下襯底上時，柔性可伸縮絕緣層會發(fā)生收縮，使得上下電極相互靠近，上下電極間的有效面積增加，器件的電容值發(fā)生變化，進而通過電容值的變化確定作用的壓力值。
[0020]具體制作方法如下:
I)柔性襯底材料的預(yù)處理:首先將柔性襯底材料(聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚酰亞胺(PI)先后采用乙醇及水在超聲模式下清洗5分鐘，然后將襯底材料烘干。
[0021]2)、電極采用金屬材料或碳粉材料加工而成，金屬或碳粉顆粒的直徑尺寸小于10微米，同時該電極材料需配以易揮發(fā)漿料作為粘連材料，易揮發(fā)漿料采用聚酯材料。電極通過采用納米壓印或者絲網(wǎng)印刷的方式制備于襯底之上。
[0022]3)壓力敏感材料的制備:
可伸縮絕緣層材料選用聚二甲基娃氧燒(Polydimethyl si loxane，PDMS)。通過旋轉(zhuǎn)涂敷或者絲網(wǎng)印刷等加工方式將第一層PDMS制備于電極結(jié)構(gòu)之上。
[0023]采用一層一層的方式，將吡咯單體倒入氯化鐵溶液中，將上述制備有一層PDMS結(jié)構(gòu)的器件浸泡入上述溶液中，靜置30秒，再取出，在形成的第一層PDMS之上制備出單層聚吡咯聚合物。
[0024]在此基礎(chǔ)上再通過旋轉(zhuǎn)涂敷或者絲網(wǎng)印刷等加工方式將第二層PDMS制備于聚吡咯聚合物之上，重復(fù)上述動作，最后形成三層PDMS夾有兩層聚吡咯聚合物的敏感層結(jié)構(gòu)，形成壓力敏感層。
[0025]4)在壓印成型之后，器件置于60-120°C溫度范圍的真空干燥箱中加熱10-60min，以揮發(fā)部分漿料的粘連材料。
[0026]器件完成之后，需進行封裝測試工作，加工的器件可應(yīng)用于不規(guī)則表面溫度檢測特定場景。
[0027]該柔性壓力傳感器具有靈敏度高，可大規(guī)模制造，用途廣泛等諸多優(yōu)點。
[0028]對本發(fā)明公開的柔性壓力傳感器結(jié)構(gòu)及其制作方法，文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想;所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種柔性壓力傳感器，其特征在于:包括上層柔性襯底(I)和下層柔性襯底(2)，所述上層柔性襯底(I)上分布有上電極(3)，所述下層柔性襯底(2)上分布下電極(4)，所述上電極(3)和下電極(4)間隔相對布置;所述上下層柔性襯底(1、2)之間設(shè)置柔性伸縮絕緣層(5)02.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性壓力傳感器，其特征在于:所述上下層柔性襯底(1、2)采用聚對苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亞胺材料制作。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性壓力傳感器，其特征在于:所述上下電極(3、4)采用金屬材料或者碳粉材料制作。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性壓力傳感器，其特征在于:所述柔性伸縮絕緣層(5)采用聚二甲基硅氧烷材料制作。5.一種柔性壓力傳感器的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: (I )、柔性襯底材料的預(yù)處理:將上下層柔性襯底先后采用乙醇及水在超聲模式下清洗后烘干； (2)、采用金屬材料或碳粉材料，配以易揮發(fā)漿料作為粘連材料，加工上下電極； 將上下電極通過采用納米壓印或者絲網(wǎng)印刷的方式分別制備于上下層襯底之上； (3)、壓力敏感材料的制備: 第一步，可伸縮絕緣層材料選用聚二甲基硅氧烷通過旋轉(zhuǎn)涂敷或者絲網(wǎng)印刷加工方式將第一層PDMS制備于電極結(jié)構(gòu)之上； 第二步，采用一層一層的方式，將吡咯單體倒入氯化鐵溶液中，將上述制備有一層PDMS結(jié)構(gòu)的器件浸泡入上述溶液中，靜置30秒，再取出，在形成的第一層PDMS之上制備出單層聚吡咯聚合物； 第三步，在此基礎(chǔ)上再通過旋轉(zhuǎn)涂敷或者絲網(wǎng)印刷加工方式將第二層I3DMS制備于聚吡咯聚合物之上，重復(fù)上述動作，最后形成三層PDMS夾有兩層聚吡咯聚合物的敏感層結(jié)構(gòu)，形成壓力敏感層； (4)、在壓印成型之后，器件置于60-120°C溫度范圍的真空干燥箱中加熱10-60min，制備完成，封裝即可。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性壓力傳感器的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，柔性襯底材料選擇聚對苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亞胺。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性壓力傳感器的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，所述易揮發(fā)漿料采用聚酯材料。
【文檔編號】G01L1/14GK106092386SQ201610606324
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月28日 公開號201610606324.9, CN 106092386 A, CN 106092386A, CN 201610606324, CN-A-106092386, CN106092386 A, CN106092386A, CN201610606324, CN201610606324.9
【發(fā)明人】周子冠, 劉月琴, 曹鈺
【申請人】國網(wǎng)山西省電力公司忻州供電公司, 中科鼎源（北京）科技有限公司