[发明专利]一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列及其制备方法

说明书

本发明提供了一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列及其制备方法，所述本征可拉伸压力传感阵列包括：由上到下依次固定排列的上封装层、图案化电极和柔性基底，所述上封装层与柔性基底为同质低模量的可拉伸材料，所述图案化电极为高模量的可拉伸导电材料，本发明通过器件模量异质结构的设计，使器件面内应变产生重新分布，器件的拉伸形变主要集中在传感阵列之间的低模量区域，而高模量的传感区域并未产生明显的几何形变，从而维持传感区域物理特性的稳定。研制的压力传感阵列能够独立于拉伸应变的干扰准确传感法向压力。该传感阵列具有良好的可穿戴性、适应性与可拓展性，在可穿戴电子器件、人机交互与人工智能等领域具有重要应用前景。

【技术领域】

本发明涉及可拉伸电子器件技术领域，尤其涉及一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列及其制备方法。

【背景技术】

复杂曲面，无论是静态复杂形状的物体还是动态的生物体表面，在自然界中普遍存在。软体电子器件(包括柔性电子器件和可拉伸电子器件)能够与复杂的曲面共形集成，从而显著提升了电子器件在传感、监测和诊断等功能方面的适配能力。可拉伸压力传感器作为一类重要的传感器件，是感知发生在人体、假肢或软体机器人柔软/可变形表面物理交互的必要工具。尽管当前在压力传感器的研制上取得了诸多进展，如高的延伸率、超高分辨率、高灵敏度、快速响应时间等等，但压力传感器仍然存在抗应变干扰能力低的问题。因为拉伸应变会造成器件活性区域的拉伸变形，导致器件性能的严重衰退，降低了器件对法向压力的感知精度。因此，压力传感器需要具备对拉伸应变较强的抗干扰能力，以提升其在服役过程中的传感精度。

结构工程是通过结构设计使压力传感器具备抗应变干扰能力的一种有效策略，通过蛇形结构、波浪结构与剪纸结构的设计，赋予不可拉伸材料特殊的机械性能，材料结构形变会吸收施加在器件上的应力/应变，从而避免器件传感区域性能的急剧衰退。然而，应变工程策略不仅使器件的整体拉伸量有限，而且金属-聚合物异质结构的界面结合能力低，导致器件较差的鲁棒性与顺应性。本征可拉伸压力传感器可有效解决器件拉伸量有限、鲁棒性与顺应性差的问题，但是，制备抗应变干扰的本征可拉伸压力传感阵列仍旧是一个巨大的挑战。

因此，有必要研制一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列及其制备方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列及其制备方法，通过器件模量异质结构的设计，使器件面内应变产生重新分布，器件的拉伸形变主要集中在传感阵列之间的低模量区域，而高模量的传感区域并未产生明显的几何形变。研制的压力传感阵列可以独立于拉伸应变的干扰准确传感法向压力。该传感阵列具有良好的可穿戴性、适应性与可拓展性，在可穿戴电子器件、人机交互与人工智能等领域具有重要的应用前景。

一方面，本发明提供一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列，所述本征可拉伸压力传感阵列包括：由上到下依次固定排列的上封装层、图案化电极和柔性基底，所述上封装层与柔性基底为同质低拉伸模量的可拉伸材料，所述图案化电极为高拉伸模量的可拉伸导电材料。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述上封装层与柔性基底材料的拉伸模量为0.2-0.5MPa，厚度为20-50μm。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述图案化电极的拉伸模量为15-20MPa，厚度为20-80μm。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述高拉伸模量的图案化电极与低拉伸模量的上封装层、柔性基底之间的拉伸模量比大于30。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列的制备方法，用于制备所述的本征可拉伸压力传感阵列，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一：分别配置可拉伸材料的均匀分散液和低维导电材料的均匀分散液；