[发明专利]一种变阻式柔性传感单元及其制作方法

说明书

本发明公开一种柔性传感单元及其制作方法,所述柔性传感单元包括：柔性的敏感层、上下封装层、限制突变层、嵌入弹性绳和引出导线；所述柔性敏感层夹于上下封装层中间，用液态导电合金充满微流腔道形式呈现；所述液态导电合金可以为铟镓合金、铟镓锡合金或铋铟锡合金等。所述嵌入弹性绳是指将有一定弹性的线穿过微流腔道两边的限制突变层，目的是当弹性绳受到两边的拉力时，所述的敏感层所在的微流腔道的横截面积变小，根据电阻大小的定义公式可知充满腔道内的液态合金电阻变大，从而得到拉力或者长度与电阻之间的一一对应关系；弹性绳的嵌入使得该器件具有更高更稳定的的灵敏度，且保证其他传感性能优良。

技术领域

本发明属于传感器领域，特别是涉及一种变阻式柔性传感单元及其制作方法。

背景技术

柔性传感技术是极具挑战和潜力的发展方向，在人工智能、医疗健康等领域有着广阔的发展前景。随着人机交互、运动健康监控等细分领域的快速发展，相关产品对传感产品提出了更高的要求，迫切需要具有柔韧、可弯曲、可拉伸等特性的柔弹性传感技术，以实现在覆盖三维静/动态表面的条件下，完成指定物理量的测量。

自2004年以来，各个国家的研究者们已研究出基于压阻式、电容式、压电式和有机场效应晶体管等类型的柔性传感单元，但却各有利弊。例如，复杂的设计结构及制作工艺、较低的灵敏度以及较高的加工成本，在一定程度上限制了柔弹性传感器件的应用范围。

当兼具流动性和导电性的室温液态金属(如铟镓合金)被应用到柔性传感器件中时，学者们发现了其巨大的应用潜力。基于液态金属的柔性传感器件表现出优异的传感性能。但由于液态金属较高的表面张力以及表面氧化层的存在使得很难利用传统印刷或打印的方式实现图案的定制化，且现有的图案化技术往往涉及到繁琐耗时的操作步骤，昂贵仪器设备的应用以及低成功率的成品，使得液态金属的广泛应用收到了一定阻碍。

因此，基于液态合金，研发一种传感性能优良，制作工艺简单高效且普适的柔性传感单元非常必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于液态金属的变阻式柔性传感单元及其制作方法，其具有低成本、高灵敏度、高稳定性及制作工艺简单高效且普适等优点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开了一种变阻式柔性传感单元，包括柔性的敏感层、上下封装层、嵌入弹性绳和引出导线。

优选地，在上述的变阻式柔性传感单元中，所述上下封装层的材质为0度头硅橡胶，颜色为透明色，厚度范围为0.5mm-0.6mm。

优选地，在上述的变阻式柔性传感单元中，所述上下封装层为高分子材料，所述的高分子材料可以是硅橡胶、硅氧烷和热塑性弹性体中的一种或两种以上组合。

优选地，在上述的变阻式柔性传感单元中，所述敏感层为常温下呈液态的金属导体层，所选液态合金可以是铟镓合金、铟镓锡合金或铋铟锡合金等，厚度0.5mm，宽度1mm。

优选地，在上述的变阻式柔性传感单元中，所述上下封装层中间还设置有对称的限制突变层，其中嵌入弹性绳是从该限制突变层中穿过。

优选地，在上述的变阻式柔性传感单元中，所述的限制突变层为硬度更高的弹性体，可以为15度硅橡胶，为了区别上下封装透明层，可以选择带颜色的硅橡胶，厚度不超过蜡模即可。

优选地，在上述的变阻式柔性传感单元中，所述敏感层所在的微流腔道是由两层封装层上下粘合，将与敏感层形状一致的蜡模提前放在粘合层形成。

优选的，在上述的变阻式柔性传感单元中，所述敏感层的材质为液态铟镓合金(eGaIn)，厚度范围为0.4mm-0.6mm。

优选地，在上述的变阻式柔性传感单元中，所述的嵌入弹性绳材料可以选自橡胶。