[发明专利]一种柔性电容传感器及其制备方法

说明书

本公开揭示了一种柔性电容传感器，包括：第一电极层和第二电极层，所述第一电极层和第二电极层均包括无尘纸，所述无尘纸上浸染有导电复合溶液；所述第一电极层和第二电极层之间设置有介电层，所述介电层包括弹性模量不同的第一弹性体和第二弹性体。本公开还揭示了一种柔性电容传感器的制备方法。该柔性电容传感器同时具有接近觉和压力传感功能，且在压力传感的时候可以实现大小量程检测。

技术领域

本公开属于柔性传感器技术领域，具体涉及一种柔性电容传感器及其制备方法。

背景技术

柔性压力传感器是未来人机交互，人体运动监测，电子皮肤和软体机器人的重要组件之一，目前，压力传感器按照传感机理可分为压阻，电容，压电和摩擦电等不同类型。将压力信号转变为电容信号的电容传感器通常是由上下两电极和中间介电层的三明治结构组成。虽然电容压力传感器具有结构简单和高漂移稳定性的特点，但是该传感器的检测范围有限或者在高压下极易饱和。传统的电容传感器通常使用实心中介层，导致整个传感器不仅灵敏度低而且响应速度缓慢。因此，在传感器电极和中介层上制备微结构已经被证明是一种能够提高灵敏度和响应速度的有效方式。这些微结构包括微金字塔阵列，微圆柱阵列以及诸如树叶图案的仿生结构。虽然这些微结构给电容压力传感器提供了一种新的性能提高方式，但是对于微米尺度甚至是纳米尺度微结构的加工仍然具有不少的挑战。采用一些低弹性模量的材料比如海绵，虽然能够增加电容压力传感器在低压下的灵敏度，但是压力检测范围仍然比较低。除此以外，之前大多数报道的压力传感器局限于单一功能，比如应变传感或者应力传感，具有简单结构的接近觉应力传感器在最近日益收获关注。

发明内容

针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种柔性电容传感器及其制备方法，该柔性电容传感器同时具有接近觉和压力传感功能，且在压力传感的时候可以实现大小量程检测。

为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：

一种柔性电容传感器，包括：

第一电极层和第二电极层；

所述第一电极层和第二电极层均包括无尘纸，所述无尘纸上浸染有导电复合溶液；

所述第一电极层和第二电极层之间设置有介电层；

所述介电层包括弹性模量不同的第一弹性体和第二弹性体。

优选的，所述第一弹性体包括弹性模量大于0.49GPa且小于等于0.78GPa的发泡棉。

优选的，所述第二弹性体包括弹性模量大于等于0.000138GPa且小于等于0.49GPa的海绵。

优选的，所述导电复合溶液包括石墨烯复合溶液、多壁碳纳米管颗粒和聚氧化乙烯颗粒。

优选的，所述石墨烯复合溶液和多壁碳纳米管颗粒的质量比为1：0.25，所述聚氧化乙烯颗粒的质量为0.05g。

本公开还提供一种制备柔性电容传感器的方法，包括如下步骤：

S1：将清洗后的无尘纸在导电复合溶液中浸染，将浸染后的无尘纸干燥，以获得第一电极层和第二电极层；

S2：将第一弹性体和第二弹性体清洗、干燥；

S3：将干燥后的第一弹性体和第二弹性体进行拼接，以获得介电层；

S4：将第一电极层、介电层、第二电极层按顺序贴合，即获得柔性电容传感器。

优选的，步骤S2中，所述导电复合溶液的制备方法包括如下步骤：将质量比为1:0.25的石墨烯复合溶液和多壁碳纳米管颗粒与0.05g聚氧化乙烯颗粒混合后进行搅拌和破碎，以获得导电复合溶液。

优选的，搅拌温度为60℃，搅拌转速为1000r/min，搅拌时间为30min。