[发明专利]具有微结构化的多相介电层电容式压力传感器及其制法

说明书

本发明公开了一种具有微结构化的多相介电层电容式压力传感器及制法，所述压力传感器包括：彼此相对设置的两个柔性电极，所述两个柔性电极彼此相对的两个相对面中的至少一个上具有由复数个凸起部和/或凹下部形成的微结构；以及，多相介电层，分布于所述的两个柔性电极之间，所述多相介电层包括由复数个可自由移动的微球聚集形成的微球介电层以及填充所述微球介电层内的孔隙的空气和/或柔性聚合物。本发明提供的具有微结构化的多相介电层电容式压力传感器具有轻薄、柔软等特点，可以被加工成多种形状，具有可穿戴、可贴附的优点；以多相材料为介电层，可提高器件灵敏度，降低测量的最小压力。

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，特别涉及一种具有微结构化的多相介电层电容式压力传感器及制法，属于传感器技术领域。

背景技术

近年来，随着柔性电子学的发展，应用于假肢的触觉传感器、智能机器人以及健康监测方面的柔性传感器因其优异的性能而被广泛关注。自1991年具有触觉传感功能的电子皮肤首次应用于机器人起，研制轻、薄、柔的高灵敏度的新型柔性传感器已经成为前沿的科研方向。近15年来，随着新原理、新材料、新工艺等不断地应用于柔性传感器的研发，柔性传感器的发展成果举世瞩目。但在实际的机理研究和产品开发中，我们发现还存在一些问题：如灵敏度有待提高，检测范围有限，制作工艺复杂、成本高等。技术的发展状况与市场的需求为未来柔性传感器的发展指明了道路：首先，如何实现柔性传感器的高灵敏度，检测更小压力成为大家努力的目标。其次，在保证柔性传感器自身电学性能的前提下实现延展性和弯曲性，这就对电路的制作材料提出了新的挑战和要求。最后，以大型医疗检测设备为依托的医疗健康方面，简单轻巧、易于携带的健康检测设备更受医生和患者的青睐。

柔性电容型传感器因其柔软、富有弹性，能贴附于物体表面，且灵敏度较高，将在智能机器人、手持式电子消费产品、柔性显示器、医疗健康检测设备等方面具有巨大的潜在应用价值。目前，柔性传感器仍存在灵敏度有待提高、监测范围有限、制作工艺复杂、成本高等问题。所以，如何在维持相对简单的结构设计、保证器件轻薄和柔弹性的前提下，提高电容型传感器的灵敏度已成为研究的热点之一。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有微结构化的多相介电层电容式压力传感器及制法，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明提供了一种具有微结构化的多相介电层电容式压力传感器，包括：

彼此相对设置的两个柔性电极，所述两个柔性电极彼此相对的两个相对面中的至少一个上具有由复数个凸起部和/或凹下部形成的微结构；

以及，多相介电层，分布于所述两个柔性电极之间，所述多相介电层包括由复数个可自由移动的微球聚集形成的微球介电层以及填充所述微球介电层内孔隙的空气和/或柔性聚合物。

进一步的，所述柔性电极覆设在柔性衬底表面，并且至少一个所述柔性衬底的一侧表面具有由复数个凸起部和/或凹下部形成的微结构；优选的，所述柔性电极共形沉积在相应柔性衬底的相应表面；优选的，所述柔性衬底的厚度为20～100μm；优选的，所述柔性衬底的材质包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺和聚乙烯中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步的，所述柔性电极上的微结构包括复数个倒金字塔型凹下部；优选的，所述倒金字塔型凹下部的底面长度为10～50μm，底面宽度为10～50μm，高度为7.06～35.31μm；优选的，所述微球介电层中的至少部分微球分布于形成在所述柔性电极相对面的倒金字塔型凹下部内。