[发明专利]柔性压阻式压力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性压阻式压力传感器及其制备方法，该压力传感器包括叉指电极，以及位于叉指电极上的压阻复合膜，压阻复合膜与叉指电极的接触面上均匀分布有微金字塔；其中，压阻复合膜中包含碳纳米管，微金字塔中沉积有碳纳米管。本发明带有微金字塔结构的压阻复合膜在外力作用下，微金字塔发生变形引起压力传感器内部导电通路的变化，最终引起电阻急剧变化，从而提高压阻传感器的灵敏度以及提高其监测的传感范围。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种柔性压阻式压力传感器及其制备方法。

背景技术

随着元宇宙概念的火爆和5G的普及应用，可穿戴电子器件在近几十年得到了极大的发展，对于人机交互，远程医疗，智能设备的应用具有重要意义。但实现人体生理信号的全面检测仍然具有重大挑战，这是由于人体信号既包括微弱的信号，如呼吸和脉搏，也有剧烈的信号，如在引体向上时手部的应力监测，这需要传感器具有宽的传感范围和较高的灵敏度。目前，基于压力传感器有不同的工作原理，有压阻式、压电式、摩擦电式以及电容式，压阻式传感器由于结构简单和快速响应等优点备受关注。微结构式压阻传感器由于微结构带来的高灵敏度而备受青睐，目前，主要有微金字塔、微球、微柱、以及粗糙的突起结构，其中，金字塔结构在许多报道中证实其由于在外力下大的变形导致在微结构中脱颖而出，但目前，目前大多数压阻薄膜仍然具有较低灵敏度，较低的传感范围以及器件制造复杂，导致其适用性以及兼容性较差，限制了其进一步利用，因此，设计一种合理的方法，对于实现人体健康全面监测和身体传感器网络的集成具有重要意义。

发明内容

为了解决现有微结构式压阻传感器灵敏度低以及传感范围小的问题，本发明的目的之一是提供一种柔性压阻式压力传感器。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种柔性压阻式压力传感器，包括叉指电极，以及位于叉指电极上的压阻复合膜，压阻复合膜与叉指电极的接触面上均匀分布有微金字塔；其中，压阻复合膜中包含多壁碳纳米管，微金字塔中沉积有多壁碳纳米管。

本发明的有益效果为：本发明带有微金字塔结构的压阻复合膜在外力作用下，微金字塔发生变形引起压力传感器内部导电通路的变化，最终引起电阻急剧变化，从而提高压阻传感器的灵敏度以及提高其监测的传感范围。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，多壁碳纳米管的长度小于微金字塔底边的边长，微金字塔底边的边长为1-15μm，微金字塔底边的边长为微金字塔的高度的1.5-1.7倍。

进一步，多壁碳纳米管的长度为0.5-2μm。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：该尺寸的微金字塔底边的边长可确保该长度的MWCNT沉积在微金字塔中，与分散在压阻复合膜中的其它MWCNT形成电路；同时，该高度的微金字塔利于微金字塔在较小的作用力下发生形变，在一定程度上提高本发明中的柔性压阻式压力传感器的灵敏度。

进一步，微金字塔底边的长度为12.5μm，微金字塔的高度为7.5μm。

进一步，叉指电极包括基底，以及附着于基底上的银膜；其中，银膜与压阻复合膜有微金字塔的面接触。

本发明的目的之二是提供一种柔性压阻式压力传感器的制备方法，包括以下步骤：

叉指电极的制备：

通过磁控溅射在叉指电极模板上形成银膜；

压阻复合膜的制备：

步骤S1、将多壁碳纳米管分散在第一有机溶剂中，获得混合物Ⅰ；

步骤S2、将粘结物质分散在第二有机溶剂中，获得混合物Ⅱ；

步骤S3、将混合物Ⅰ和混合物Ⅱ混合后再加入能使粘结物质进行固化的固化剂，从而获得混合物Ⅲ；