[发明专利]一种电容式柔性压力传感器及其制备方法在审

专利信息
申请号: 201811137920.2 申请日: 2018-09-28
公开(公告)号: CN109115376A 公开(公告)日: 2019-01-01
发明(设计)人: 张旻;李萌萌;王旭东 申请(专利权)人: 清华大学深圳研究生院
主分类号: G01L1/14 分类号: G01L1/14
代理公司: 深圳新创友知识产权代理有限公司 44223 代理人: 王震宇
地址: 518055 广东*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 聚合物弹性体 电极 柔性压力传感器 电容式 导电薄膜 微结构层 制备 绝缘层薄膜 微结构 衬底 器件稳定性 凸起阵列 灵敏度 凸起 覆盖
【说明书】:

一种电容式柔性压力传感器及其制备方法,该电容式柔性压力传感器包括聚合物弹性体电极、绝缘层薄膜以及ITO电极;所述聚合物弹性体电极包括导电薄膜、聚合物弹性体和电极衬底,所述聚合物弹性体包括形成在所述电极衬底上的具有微结构凸起阵列的微结构层,所述导电薄膜覆盖在所述微结构层的表面;所述绝缘层薄膜置于所述聚合物弹性体电极和所述ITO电极之间,并通过所述导电薄膜与所述微结构层的微结构凸起的顶部接触。本发明提供了一种灵敏度高、器件稳定性好的电容式柔性压力传感器及其制备方法。

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域,特别涉及一种电容式柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

柔性电子作为新兴技术领域,曾被评选为“世界十大科技成果之一”。在工业4.0与中国制造2025时代下,万物互联,感知信息的范围、精度、场景、稳定性性和性能参数的期望逐渐提高,传统的硅基电子器件很难满足社会需求。此外人类与其他生物本身为柔性体,更适合柔性器件,也是柔性电子驱动的要素之一。所谓的柔性电子,即将有机/无机薄膜电子器件加工制造在柔性塑料衬底或金属薄膜/玻璃基板的电子技术。在适当的拉伸、延展、自由弯曲甚至折叠状态下,仍可正常工作实现对信息的准确测量。柔性电子技术在诸多领域,如柔性传感、柔性显示与照明、医疗健康、可穿戴设备、人机交互、能量储存等领域均有广泛的应用。

压力传感器依其工作原理,可以分为电容式、压阻式和压电式等。电容式压力传感器结构简单,分辨率高,在高温、辐射等恶劣的环境下适应速度快。它不仅应用于位移、振动、角速度、加速度等一些机械物理量的测量,而且还广泛应用于压力、差压力、液体压强、成分的含量等热工程参数的测量。但目前,电容式压力传感器仍然存在着一些问题,传统压力传感器无法弯曲或在弯曲条件下灵敏度较低,成本高等。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足,提供一种具有极高的灵敏度、器件稳定性好的电容式柔性压力传感器及其制备方法。

为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:

一种电容式柔性压力传感器,包括聚合物弹性体电极、绝缘层薄膜以及ITO电极;所述聚合物弹性体电极包括导电薄膜、聚合物弹性体和电极衬底,所述聚合物弹性体包括形成在所述电极衬底上的具有微结构凸起阵列的微结构层,所述导电薄膜覆盖在所述微结构层的表面;所述绝缘层薄膜置于所述聚合物弹性体电极和所述ITO电极之间,并通过所述导电薄膜与所述微结构层的微结构凸起的顶部接触。

进一步地:

所述微结构凸起包括锥形、截顶锥形、圆台形和半球形中的至少一种。

所述锥形包括圆锥形或棱锥形,所述截顶锥形包括截顶圆锥形或截顶棱锥形,所述锥形或所述截顶锥形的锥度在30°-90°之间。

所述微结构凸起的底面尺寸为直径10-60μm或底边边长为10-60μm。

所述微结构凸起的间距为10-120μm。

所述聚合物弹性体材料为PDMS、TPU、PET、硅橡胶或聚氨酯橡胶。

所述导电薄膜的膜厚为60-100nm。

所述聚合物弹性体电极的厚度为6-100μm。

所述绝缘层薄膜的膜厚为500nm-2μm。

一种所述的电容式压力传感器的制作方法,包括以下步骤:

使用具有微结构凸起阵列模板的硅模具制作在一面具有微结构凸起阵列的聚合物弹性体;

将所述电极衬底和所述聚合物弹性体的另一面进行层压键合,将键合后的聚合物弹性体从硅模具上剥离下来;

在所述聚合物弹性体的具有所述微结构凸起阵列的一面镀上金属电极,形成聚合物弹性体电极。

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