[发明专利]柔性压力传感器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种柔性压力传感器，包括两层柔性导电复合薄膜，两层所述柔性导电复合薄膜层叠结合，且一所述柔性导电复合薄膜朝向另一所述柔性导电复合薄膜的表面形成有呈周期性排列的单层微半球阵列。

技术领域

本发明属于可穿戴柔性电子领域，尤其涉及一种柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

柔性压力传感器是一种用于感知某些物体表面作用力大小的柔性电子器件，能贴附于各种不规则物体表面，在医疗健康、机器人、生物力学等领域有着广泛的应用前景，逐渐受到人们的重视。随着科学技术的发展，柔性压力传感器能否兼具柔韧性和准确测量压力分布信息等功能越来越成为人们关注的焦点。由于传感器的微纳结构不仅能够提高传感器的响应速度，还能更快地恢复传感器的弹性形变，因此，微纳结构的压力传感器成为学术界和工业界的关注重点。

2014年鲍哲南课题组设计了不同间距的四棱锥微结构的PDMS介电层，并探讨了这种四棱锥微结构对传感器的灵敏度的影响。详见“Benjamin C.-K.Tee,Chortos Alex,BaoZhenan,et al.Tunable Flexible Pressure Sensors using MicrostructuredElastomer Geometries for Intuitive Electronics.Adv.Funct.Mater.,2014,24,5427–5434”。2014年新加坡南洋理工大学的陈晓东团队，探讨了传感器电极微结构对其灵敏度及响应时间的影响。该团队首先以PDMS转移刻蚀的硅片微结构，得微结构化PDMS，并在其上自组装氧化石墨烯，经还原得具有微结构的石墨烯电极，以“三明治”结构将上述微结构电极与ITO/PET薄膜封装便得到电阻式触觉传感器。详见“Bowen Zhu,Zhiqiang Niu,XiaodongChen et al.Microstructured Graphene Arrays for Highly Sensitive FlexibleTactile Sensor.,Small,18,3625-3631”。上述方法不仅方法较为复杂，更重要的是，其使用单一化的模板，一种模板只能对应生产一种版型的柔性压力传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性压力传感器及其制备方法，旨在解决现有的柔性压力传感器制备方法复杂、且模板单一化的问题。

本发明是这样实现的，一种柔性压力传感器，包括两层柔性导电复合薄膜，两层所述柔性导电复合薄膜层叠结合，且一所述柔性导电复合薄膜朝向另一所述柔性导电复合薄膜的表面形成有呈周期性排列的单层微半球阵列。

以及，一种柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：

提供一基底，将所述基底进行表面亲水处理，在所述基底的一亲水表面制备紧密排列的单层胶体微球阵列；

在所述单层胶体微球阵列表面沉积PDMS材料，固化形成PDMS层，且所述PDMS的厚度＞所述单层胶体微球阵列的高度；将粘结有所述单层胶体微球阵列的PDMS层从所述基底上剥离，采用溶剂溶解形成单层胶体微球阵列的胶体微球，得到具有周期性排列的微纳凹洞的柔性PDMS模板；

在所述柔性PDMS模板设置微纳凹洞的表面浇注碳纳米管和PDMS的混合液，固化形成柔性导电复合预制薄膜，且所述柔性导电复合预制薄膜的厚度＞所述微纳凹洞的高度；将所述柔性导电复合预制薄膜从所述柔性PDMS模板上剥离，得到一表面形成周期性排列的单层微半球阵列的柔性导电复合薄膜；

将两个所述柔性导电复合薄膜的微半球阵列面相对设置，引出电极，得到柔性压力传感器。