[发明专利]一种温度压力双模传感单元、制备方法及其制备的传感器

说明书

本发明公开了一种温度压力双模传感单元、制备方法及其制备的传感器。包括：一压敏单元，该压敏单元由零电阻温度系数导电材料制成，且该压敏单元一表面设有若干微结构；以及，一温敏单元，该温敏单元为温度敏感的薄膜材料制成的金属电极，且该温敏单元一表面刻蚀有与所述压敏单元微结构一表面中心对齐层叠形成电连接的叉指电极图案，用于生成传感信号等。本发明将零电阻温度系数材料用于压敏单元，从敏感机理层面解决电阻式压敏元件的温度漂移问题，能实现压力温度传感器的多信号读取。将对温度敏感的金属薄膜材料用于温敏单元，通过金属材料与结构设计相结合使金属温敏电阻阻值远小于压敏电阻阻值，实现温度的无干扰测量。

技术领域

本发明涉及温度压力双模传感领域，尤其涉及一种温度压力双模传感单元、制备方法及其制备的传感器。

背景技术

人体皮肤表面分布着许多触觉小体，能为人们日常生活提供触觉感知功能。随着柔性传感技术的快速发展，模拟人体皮肤触觉感知功能的电子皮肤引发关注。一个理想的电子皮肤应该具备多功能的传感能力，即同时检测不同类型刺激的能力，特别是同时检测压力和温度的电子皮肤，对于自我保护、触摸识别和物体抓取至关重要。

然而，具备同时检测压力和温度刺激的柔性压力温度传感器大多具有复杂的结构和繁琐的制造工艺，不利于器件的大规模阵列。此外，柔性压力温度传感器普遍存在信号耦合问题，大量研究采用温度算法进行信号处理，但是由于应用环境多变，温度算法需要经常校准，使测量更加复杂，应用受到限制。因此，通过结构设计和制造工艺相结合简化器件的复杂性且在不涉及复杂算法的情况下，直观地读取多个触觉信号对于柔性压力温度传感器的发展具有重要意义。为此申请人提出一种温度压力双模传感单元、制备方法及其制备的传感器。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种温度压力双模传感单元、制备方法及其制备的传感器，能实现压力温度传感器的无干扰多信号读取。

根据本发明的一个方面，提供一种温度压力双模传感单元，包括：

一压敏单元，该压敏单元由零电阻温度系数导电材料制成，且该压敏单元一表面设有若干微结构；以及，

一温敏单元，该温敏单元为温度敏感的薄膜材料制成的金属电极，且该温敏单元一表面刻蚀有与所述压敏单元微结构一表面中心对齐层叠形成电连接的叉指电极图案，用于生成传感信号；以及根据所述传感信号类型在温敏单元上设置至少一第一传感端、第二传感端、第三传感端。

当压力变化时，压敏单元表面的微结构发生形变，第二传感端与第三传感端采集压力信号输出电阻变化，同时微结构表面的零电阻温度系数材料保证压敏单元的电阻变化与温度无关；当温度变化时，温敏单元的温度敏感电阻随温度变化，同时由于金属温敏电阻阻值远小于压敏电阻阻值，使得温敏电阻变化与压力无关。将零电阻温度系数材料用于压敏单元，从材料层面解决电阻式压敏元件的温度漂移问题，能实现压力温度传感器的无干扰多信号读取。所设计的柔性压力温度传感器结构简单、器件整体较薄，能有效模拟人体皮肤触觉感知功能。

根据本发明的另一个方面，提供一种温度压力双模传感单元的制备方法，该方法用于制备上述的一种温度压力双模传感单元；包括：

提供一种具有微结构的PDMS层；该PDMS层表面喷涂零电阻温度系数导电材料形成压敏单元；

提供一种温度敏感的柔性基材表面；该柔性基材表面沉积50-200nm厚的金属电极材料获得柔性金属薄膜，并在该金属薄膜表面激光刻蚀、激光切割形成温敏单元；

将所述压敏单元与所述温敏单元中心对齐层叠，形成一种温度压力双模传感单元。