[发明专利]一种柔性温度压力传感器

说明书

本发明属于柔性传感器相关技术领域，其公开了一种可同时实现温度可视化和压力监测的柔性传感器及其制备方法，所述柔性传感器包括上电极，具有空间有序化多级微结构的柔性介电层及下电极。所述具有空间有序化多级微结构的柔性介电层设置在所述上电极和下电极之间；所述具有空间有序化多级微结构的柔性介电层由感温变色复合物构成，可随温度改变颜色，且包括初级和次级微结构，在平面上有序排列。在收到手指等有温度的物体按压时，可同时通过颜色直接反馈温度以及通过电信号显示压力，同时，该柔性传感器的空间有序化多级微结构可以有效提高传感器的灵敏度、量程和线性度。

技术领域

本发明涉及传感器，尤其涉及温度压力传感器。

背景技术

柔性传感器具有良好的柔韧性、延展性、弯折性等，凭借其材料和结构灵活，可以适用于大多数应用场景，在人机交互，医疗健康，机器人触觉等领域中发挥着重要作用。

根据2006年第二次全国残疾人抽样调查数据，肢体残疾在总残疾人数占比达29.07％，这意味着很多人面临着触觉这一感觉功能的丧失，其中主要的触摸传感机制压力和温度传感尤为重要。在假肢表面贴附柔性传感器，有望使肢体残疾人士恢复触觉。

在大面积或复杂曲面的温度与压力的分布检测应用方面，分离式的温度和压力传感增加了设备成本及体积，造成系统复杂。因此研究温度及压力传感单一模块化的、制备简单、成本低廉、对环境友好、性能优异的柔性传感器，是触觉传感器发展亟需的。

可视化传感的集成将能解决以上困难，实现应力传感器的实时温度检测集成。可视化传感设备的制备主要借助于外界信号感知的可逆变色材料，通过改变外界能量场来使变色材料的内部结构发生变化。

目前大部分的可视化应力传感元件的制备利用的是电致变色材料，其在外加电场驱动下可通过材料氧化还原反应可逆地改变颜色或光学性质。由于此类电致变色材料的颜色改变是基于材料内部的氧化反应，存在着诸如响应速度慢等问题，同时其采用的电场也会干扰压力传感的集成。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种柔性温度压力传感器，可实现高灵敏度、量程和线性度的压力集成传感。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种柔性温度压力传感器，包括：沿着厚度方形依次设置第一柔性电极、第一介电层、第二介电层和第二柔性电极，所述第一柔性电极和第二柔性电极上设有引线，所述引线与外部电路连接；

所述第一介电层和第二介电层相向的一侧具有空间有序化多级微结构，所述空间有序化多级微结构为聚二甲基硅氧烷混合物和电子转移型有机化合物所组成的感温变色复合物经3D打印而成。

在一较佳实施例中：所述聚二甲基硅氧烷混合物包括聚二甲基硅氧烷的交联剂和基础溶液。

在一较佳实施例中：所述聚二甲基硅氧烷的交联剂和基础溶液的混合比例为1:10。

在一较佳实施例中：电子转移型有机化合物与聚二甲基硅氧烷混合物的混合比例为1:40。

在一较佳实施例中：所述第一柔性电极和第二柔性电极分别为氧化铟锡导电薄膜。

在一较佳实施例中：所述空间有序化多级微结构包括初级微结构和置于初级微结构之上的次级微结构。

在一较佳实施例中：所述初级微结构为直径1000um和800um的半球在平面间隔阵列分布。

在一较佳实施例中：所述次级微结构在初级微结构的半球上增加400um或300um直径的外凸结构；其中直径1000um的半球上增加直径400um的外凸结构，直径800um的半球上增加直径300um的外凸结构。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：