[发明专利]基于双面微结构电极和纸张的柔性压力传感器及制备方法

说明书

本发明公开了基于双面微结构电极和纸张的柔性压力传感器，属于传感器技术领域，具体涉及柔性压力传感器领域，以解决上述现有的柔性压力传感器灵敏度低、重复稳定性差、制备工艺复杂、成本高等的问题，包括导电纸张层，所述导电纸张层的上部和下部分别设置有微结构电极层，所述导电纸张层和所述微结构电极层的外周设置有封装层，所述微结构电极层上分别引出测试导线，每条所述测试导线延伸至所述封装层的外侧，所述微结构电极层包括织物及附着在所述织物上的第一导电材料；通过在单层电纸张层的上下表面贴合微结构电极层，形成双面的接触界面，从而极大地增加了接触界面的该变量，提升了柔性压力传感器的压敏响应。

技术领域

基于双面微结构电极和纸张的柔性压力传感器及制备方法，本发明属于传感器技术领域，具体涉及柔性压力传感器领域。

背景技术

近年来随着柔性电子技术的快速发展，柔性压力传感器在人工智能、人机交互、健康监测和软机器人等领域展现出广阔的应用前景，柔性压力传感器已成为国内外的研究热点，然而目前报道的柔性压力传感器通常在传感性能和制备工艺上难以兼顾。发展结构简单、制备工艺简便、成本低、灵敏度高、压敏范围广、循环稳定性好、易于大尺寸和大批量生产的柔性压力传感器具有重要意义。

为了获得高性能柔性压力传感器，主要的策略是：(1)对压敏层表面进行微结构设计，利用压敏层之间的接触面积产生压敏响应；(2)构建导电弹性体，利用导电弹性体形变产生压敏响应。目前，为了获得快速响应和高灵敏度的柔性压力传感器，通常采取对压敏层表面进行微结构设计，然而压敏层的微结构设计通常需要复杂的工艺和昂贵的设备。例如，对于专利CN 108515694A公开了一种基于3D打印技术的柔性压力传感器芯片及其制作方法，通过3D打印技术在柔性基板上构建微型金字塔阵列，从而获得高的灵敏度；然而其制备过程涉及复杂的制备技术和成本高的3D打印设备。专利CN 111060238A公开了一种电阻式柔性压力传感器及其制备方法，在制备柔性微结构柔性衬底过程中，需要复杂、昂贵的激光刻蚀工艺。

利用纸张表面天然的微结构，可以直接用于制备柔性压力传感器。例如，HanZhiyuan等人报道了一种用炭黑导电纸作为压敏层和铜胶带作为电极的柔性压力传感器，结果表明基于单层导电纸张的柔性压力传感器几乎对压力没有响应，而基于多层纸张表面微结构效应的柔性压力传感器存在制备工艺繁琐和不稳定的问题，此外金属铜胶带电极还存在柔性特性差的问题(Han，Z.；Li，H.；Xiao，J.；Song，H.；Li，B.；Cai，S.；Chen，Y.；Ma，Y.；Feng，X.Ultralow-Cost，Highly Sensitive，and Flexible Pressure Sensors Based onCarbon Black and Airlaid Paper for Wearable Electronics.ACSAppl.Mater.Interfaces 2019，11(36)，33370-33379)。类似地，Tao Luqi等人报道的用石墨烯导电纸作为压敏层和银浆作为电极的柔性压力传感器也存在以上问题，在300次重复性测试中，传感器的响应就发生了极大衰减(Tao，L.Q.；Zhang，K.N.；Tian，H.；Liu，Y.；Wang，D.Y.；Chen，Y.Q.；Yang，Y.；Ren，T.L.Graphene-Paper Pressure Sensor forDetecting Human Motiohs.ACS Nano 2017，11(9)，8790-8795)。需要注意的是，包括以上提到的柔性纸基压力传感器在内的其它柔性压力传感器，均是利用压敏层表面微结构的压敏特性，并采用铜、银和金等刚性电极材料作为电极，而没有关注电极的柔性和微结构特性。

发明内容

本发明的目的在于：基于双面微结构电极和纸张的柔性压力传感器及制备方法，以解决上述现有的柔性压力传感器灵敏度低、重复稳定性差、制备工艺复杂、成本高等问题。

本发明采用的技术方案如下：