[发明专利]柔性压力传感件、传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种柔性压力传感件、传感器及其制造方法。

背景技术

近年来，随着智能可穿戴产品的迅速发展，柔性传感器逐渐成为研究人员探索的热点课题之一，其中，柔性压力传感器尤其受到越来越多的关注，其可潜在应用于构建人造电子皮肤，在未来健康医疗领域具有非常广阔的市场前景，此外，柔性压力传感器还是柔性触屏显示以及智能机器人应用中的核心元器件，这些都表明了柔性压力传感器的潜在应用价值。

目前，对于柔性压力传感器的研究可基于多种工作原理，包括电容式、压阻式、压电式等，其所用的基础材料也是种类繁多，包括纳米线、碳纳米管、聚合物纳米纤维、金属纳米颗粒、石墨烯等。

中国专利CN 102410895 B公开了一种织物型压力传感器的制造方法以及制造工具，其将传感织物裁剪成预定的尺寸，通过缝纫的方法连接柔性导电线与所述传感织物的导线；通过夹持定位器在预定的张力下固定所述传感织物；通过下转换层定位盒粘合下转换层和所述传感织物；通过上转换层定位盒粘合调节柱和所述传感织物，通过上转换层定位盒粘合上转换层和所述调节柱。该专利虽能解决织物型压力传感器制造困难的技术问题，但成本较高、工艺较复杂，无法实现器件的小型化，也未对传感器与其他器件智能连接给出启示。

最近有研究结果报道了利用丝绸作为模板制备了高灵敏度的柔性压力传感器，并用于监测人体的脉搏、心跳等健康指标(X.Wang,et.al,Adv.Mater.2014,26,1336–1342)，这是对柔性压力传感器应用研究的一大突破，它充分利用了低成本的制备工艺实现了高灵敏度的柔性传感器，但其面临的主要问题是无法进一步实现器件的小型化，并且在后续应用中如何实现传感器与其他器件的智能连接也将面临很大挑战。

综上所述，如何提供一种低成本、智能化、小型化以及高灵敏度的柔性压力传感器是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

发明内容

本发明的目的在于弥补上述现有技术的不足，提供一种柔性压力传感件、传感器及其制造方法，以实现传感器的小型化、高灵敏度。

为实现上述目的，本发明提供一种柔性压力传感件，其包括柔性基底，所述柔性基底上具有包括多个齿状结构的齿状结构区域以及电极区域，所述齿状结构区域表面与电极区域表面覆盖有相连的导电材料层，所述电极区域的导电材料层表面还设有电极。

本发明还提供一种柔性压力传感器，其包括两个上述柔性压力传感件，所述两个柔性压力传感件的齿状结构区域的多个齿状结构相互交叉耦合连接，以使得齿状结构区域表面的导电材料层相互接触，所述两个柔性压力传感件的电极分别电连接至电源，以形成回路。

本发明还提供一种柔性压力传感件的制造方法，其包括以下步骤：

步骤S01，提供刚性基底，并在所述刚性基底表面制备具有多个沟槽的沟槽阵列结构；

步骤S02，在所述刚性基底表面涂布液态柔性材料，液态柔性材料填充沟槽并超过沟槽顶部，随后固化所述液态柔性材料，以形成柔性基底，所述柔性基底上具有包括多个齿状结构的齿状结构区域；

步骤S03，取下所述柔性基底，并在柔性基底表面淀积导电材料层；

步骤S04，在所述齿状结构区域的端部的导电材料层表面制备电极。

进一步地，步骤S01中所述沟槽阵列结构的沟槽与沟槽之间凸台的形状为旋转180°的轴对称，以使得制得的柔性压力传感件可以通过多个齿状结构与另一个所述柔性压力传感件的齿状结构相互交叉耦合连接。

进一步地，所述沟槽为倒梯形或倒三角形，所述沟槽之间凸台为相同形状的梯形或三角形。

进一步地，步骤S04包括在所述齿状结构区域端部齿状结构的外侧斜面上的导电材料层表面制备电极。

进一步地，步骤S01包括在所述沟槽阵列结构的端部外侧留有平坦区域，步骤S02中所述柔性基底还具有齿状结构区域端部外侧的平坦的电极区域，步骤S04包括在所述齿状结构区域端部外侧电极区域的导电材料层表面制备电极。

进一步地，所述刚性基底为半导体衬底，较佳地选自Si衬底、SiO₂衬底、玻璃衬底、Ge衬底或III-V族半导体衬底。

进一步地，所述刚性基底为Si衬底，步骤S01通过光刻刻蚀工艺制备沟槽阵列结构。

进一步地，所述液态柔性材料选自聚酰亚胺(Polymide)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚二甲基硅氧烷(PDMS)，步骤S02中固化采用加热工艺。