[发明专利]一种多功能传感的柔性传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种多功能传感的柔性传感器，其特征在于，该传感器包括上电极层、中间介质层和下电极层，其中：

所述上电极层和下电极层的结构相同，均包括柔性基体材料和镶嵌在该基体材料中的液态金属，所述上电极层的表面积大于所述下电极层的表面积，使得二者之间产生电容的边缘效应；所述中间介质层介于所述上和下电极层之间，材料为与所述上和下电极相同的柔性基体材料，该中间层中设置有多个微米级的孔形成微米孔结构；

当所述传感器受到压力、拉力或被导体靠近时，上下电极层之间的电容发生变化，通过测量所述传感器电容的变化获得该传感器受到的压力、拉力或导体与所述传感器之间的距离的大小；

当待测对象与所述上电极层摩擦发生时，通过测量所述上电极层中电压的变化获得待测对象对所述上层电极施加的压力大小。

2.如权利要求1所述的一种多功能传感的柔性传感器，其特征在于，所述上电极层上还设置有摩擦层，该摩擦层采用与上电极层相同的柔性基体材料，其表面粗糙度Ra为1.6μm～6.4μm，当待测对象采用15KPa以下的力与该摩擦层发生摩擦时，通过检测所述上电极层上电压的变化获得待测对象施加的力的大小，提高所述传感器的灵敏度。

3.如权利要求1或2所述的一种多功能传感的柔性传感器，其特征在于，所述上下电极层之间的距离优选为50μm～200μm，上和下电极层的厚度优选为100μm～200μm，所述微米孔的直径优选为70μm～210μm。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种多功能传感的柔性传感器，其特征在于，所述柔性基体材料优选为PDMS、ecoflex、PI、PTFE或PET。

5.如权利要求1-3任一项所述的一种多功能传感的柔性传感器，其特征在于，所述液态金属优选采用镓合金。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的多功能传感的柔性传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)制备上和下电极层

(a1)选取基板和牺牲层溶液，将牺牲层溶液旋涂在所述基板上，待所述牺牲层溶液固化后在所述基体上形成牺牲层，在该牺牲层上旋涂所述柔性基体材料的溶液，固化后在所述牺牲层上形成柔性基体层，

(a2)在所述柔性基体层贴附掩膜版，在该掩膜版上溅射粘附层，然后在粘附层上溅射液态金属，去除所述掩膜版，其中，所述粘附层用于粘结柔性基体层和液态金属；

(a3)在溅射有液态金属的柔性基体层上再次旋涂所述柔性基体层溶液，固化后所述液态金属镶嵌在所述柔性基体层中，将基板放入水中，所述牺牲层溶于水使得柔性基体层与所述基板分离，以此获得上或者下电极；

(b)制备中间介质层

(b1)制备设置有微米柱的模具，选取基板，在基板上旋涂所述柔性基体层的溶液，固化后形成在所述基板上形成柔性基体层，将所述模具贴附在所述柔性基体层表面，加热使得所述模具与所述基板连接；

(b2)将粘附有模具的基板表面进行疏水处理，然后将所述柔性基体层的溶液旋涂在所述模具上，待所述柔性基体层固化后从所述模具上剥离，以此获得具有微米孔的中间介质层；

(c)采用反应离子刻蚀的方式将所述上电极层、中间介质层和下电极层从上自下依次粘结在一起，以此获得所需的柔性传感器。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤(a2)中，所述粘附层优选包括上下两层，下层为10nm～50nm厚的金，上层为50nm～200nm厚的铬，其中，所述金用于连接所述柔性基体材料与铬，所述铬用于连接所述金与所述柔性基体材料。

8.如权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括制备所述摩擦层，按照下列步骤进行，将所述柔性基体材料的溶液旋涂在砂纸表面，固化成膜后将成膜后的柔性基体材料从所述砂纸上剥离，以此获得所需的摩擦层，将该摩擦层采用反应离子刻蚀的方式粘结在所述上电极层上，获得带有摩擦层的柔性传感器。