[发明专利]基于多级结构的柔性压力传感器、制备方法及测量系统

权利要求书

1.一种基于多级结构的柔性压力传感器，其特征在于，该传感器包括：

弹性多级结构，所述弹性多级结构包括依次设置的2级以上的弹性结构层，每一所述弹性结构层的表面均设置有阵列式微结构，不同级所述弹性结构层的阵列式微结构均朝向同一方向，所述阵列式微结构采用光刻或机械加工制备，不同级弹性微结构层的微结构尺寸逐级依次减小，或者逐级依次增大，或者增大与减小混排，根据需求增加弹性结构层数调整阵列微结构尺寸，其中，至少一层所述弹性结构层具有导电层；

柔性电极层，所述柔性电极层至少一层，所述柔性电极层的导电面与所述导电层相接触，所述弹性多级结构的面积大于所述柔性电极层上导电区域的面积；所述柔性电极层包括柔性电极基底以及附着在所述电极基底上的导电电极层，所述导电电极层至少包括1对电极，所述电极朝向所述弹性结构层的导电层。

2.根据权利要求1所述的基于多级结构的柔性压力传感器，其特征在于，所述阵列式微结构采用凸半球、凹半球、三棱柱、圆柱、梯台、正方体或长方体中的一种或多种组合。

3.根据权利要求1所述的基于多级结构的柔性压力传感器，其特征在于，所述弹性结构层设置有导电层的方式包括：

1)对与所述柔性电极层接触的弹性结构层的阵列式微结构表面涂覆导电材料形成导电层；或者对任何一级或几级弹性结构层的阵列式微结构表面涂覆导电材料形成导电层，并在其下配置与其相对的柔性电极层；

2)将导电材料与弹性材料预聚体混合，使弹性结构层整体均具有导电性形成整体导电层，在最底端弹性结构层或其中任意一层弹性结构层下方配置柔性电极层。

4.一种基于权利要求1～3任一项所述多级结构的柔性压力传感器的制作方法，包括以下步骤：

S1、根据弹性多级结构设计方案，制备阵列式微结构的阴模模板；

S2、将聚二甲基硅氧烷的预聚体与固化剂以设定比例的质量比充分混合，并置入真空箱中脱去搅拌过程中产生的气泡，然后将其旋涂在S1中阴模模板上；

S3、将S2中制作的样品放入烘箱中固化后剥离，制备不同级弹性结构层的薄膜基底；

S4、对S3所得的聚二甲基硅氧烷薄膜基底的结构面进行处理，并喷涂氧化石墨烯分散液，并置入烘箱中烘干；

S5、重复S4多次，直至得到一层致密的氧化石墨烯薄膜；

S6、将S5所得的表面涂覆有氧化石墨烯的弹性结构层置入烘箱中高温加热，得到还原氧化石墨烯；

S7、在薄膜上喷涂银纳米颗粒浆料，得到柔性电极层；

S8、按照多级结构设计方案的排列顺序，采用粘附材料，将S2到S6制备的所述多级弹性结构层叠加，将S7制备的柔性电极层放置于设定位置，保持各级弹性结构层的中心与柔性电极层的导电电极区域的中心重合，并引入导线与柔性电极层的引线相连接，封装得到基于多级结构的柔性压力传感器。

5.根据权利要求4所述柔性压力传感器的制作方法，其特征在于，在具有阵列式微结构的阴模模板上涂覆一层聚二甲基硅氧烷前驱液，然后置于烘箱中加热至其完全固化。

6.根据权利要求4所述柔性压力传感器的制作方法，其特征在于，选用还原氧化石墨烯作为阵列式微结构表面的导电层具体过程为：

首先，对弹性结构层带有阵列式微结构的表面进行氧等离子体处理；

然后，在其上涂覆氧化石墨烯分散液后放入烘箱直至烘干；

其次，氧化石墨烯分散液的涂覆过程重复2次以上；

最后，将上述制备的表面带有还原氧化石墨烯层的弹性结构层，置于烘箱中烘烤，使之成为还原氧化石墨烯。

7.根据权利要求4所述柔性压力传感器的制作方法，其特征在于，选用柔性聚萘二甲酸乙二醇酯作为柔性电极基底，并通过喷墨打印或光刻方式在其上制备预设图案的导电电极。