[发明专利]一种柔性弯曲传感器及其制造方法

说明书

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种柔性弯曲传感器及其制造方法。柔性弯曲传感器包括支撑层、设置在支撑层上表面的柔性基底、从下到上依次设置在柔性基底上的电极层和敏感层、覆盖于敏感层及电极层上表面的保护层；支撑层的硬度大于柔性基底的硬度，利用高压静电纺丝技术将碳纳米材料和聚合物材料质量比为1:10—1:100的混合溶液制备出碳纳米纤维薄膜，作为本柔性弯曲传感器敏感层的材料，使柔性弯曲传感器具有超薄、柔韧性好、可自由弯曲等优点，具有传统刚性传感器难以取代的显著优势，利用超声雾化喷涂技术在碳纳米纤维表面通过原位聚合形成的超薄柔性封装保护膜作为保护层，保证器件的灵活弯曲，还能使传感器具有较高的精度。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种柔性弯曲传感器及其制造方法。

背景技术

目前对于弯曲角度或弯曲曲率的检测，主要有两种方法：一是使用传统的应变传感器检测，这种方式要求传感器与待检测物件牢固粘合，一旦产生滑动，测量结果毫无意义，输出信号微弱，抗干扰能力差，需要采取屏蔽措施；二是采用光学器件，该设备复杂，不具便携性。这两种方法均不能满足穿戴设备、机器人等应用上的弯曲角度或弯曲曲率检测的需求，而且存在价格高、精度低、稳定性差的问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的要求弯曲传感器与待测物牢固结合容易滑落、输出信号微弱，抗干扰能力差、设备复杂，不具便携性的问题，提供了一种结构简单、超薄、柔韧性好、可自由弯曲及便于携带等优点的柔性弯曲传感器及其制造方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种柔性弯曲传感器，包括支撑层、设置在支撑层上表面的柔性基底、从下到上依次设置在柔性基底上的电极层和敏感层、覆盖于敏感层及电极层上表面的保护层；所述敏感层采用由碳纳米材料和聚合物材料混合溶液制成的碳纳米纤维薄膜材料，碳纳米材料与聚合物材料的质量比为1:10-1:100；所述支撑层的硬度大于所述柔性基底的硬度。

进一步地，所述柔性基底为软性薄膜，其厚度为10μm—1000μm。

进一步地，所述柔性基底的材料采用PET、PI、PDMS、PU、TPU、PC、PMMA及硅橡胶中的一种材料或多种材料混合而成。

进一步地，所述聚合物材料为酚醛树脂、聚丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚二甲基硅氧烷、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺、橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物的一种或多种。

进一步地，所述敏感层的厚度为0.1μm—1000μm。

更进一步地，所述的碳纳米材料为碳管或石墨烯或RGO。

一种柔性弯曲传感器的制造方法，包括以下步骤：

S1、制作电极层，在柔性基底上表面通过压印、刻蚀或印刷的方法制作图案化电极和电极引线；

S2、制作敏感层，将碳纳米材料和聚合物材料混合形成混合溶液，利用静电纺丝技术喷涂在所述电极层的上表面形成碳纳米纤维薄膜作为敏感层；将所述电极层的上表面与所述敏感层的下表面电性连接；

S3、制作保护层，将低浓度的高分子弹性聚合物液体，利用超声雾化喷涂技术在所述敏感层上表面通过原位聚合形成柔性封装保护膜作为保护层；将所述保护层覆盖在所述电极层及所述敏感层的上表面；

S4、将支撑层粘贴在柔性基底的下表面。

进一步地，所述高分子弹性聚合物为粘度0-500cp的液体，其采用PU、TPU、PDMS、硅胶材料的一种或多种。

进一步地，所述保护层的厚度为0.01μm-1000μm。