专利名称：基于比目鱼式电极结构的薄型柔软压力传感器敏感单元的制作方法
技术领域：
本发明属于传感器技术领域，特别涉及到柔软传感器制备工艺。
背景技术：
纳米导电高分子复合材料具有压阻特性、易加工性和柔韧性。因此，这种材料可以作为薄型柔软压力传感器的敏感材料，可广泛应用于国防、工业与民用领域。如大型设备狭小曲面层间压力监测、人工电子皮肤研制等。但目前采用这种敏感材料制作的压力敏感单元，大多采用三明治结构，即将敏感材料置于两层金属电极之间，再利用绝缘薄膜对其进行封装，因而增加了传感器敏感单元的复杂程度，并使其厚度增大。同时，导电高分子复合材料的大分子链段结构导致其电阻存在时间依赖性，严重降低了压力监测精度。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于比目鱼式电极结构的薄型柔软压力传感器敏感单元的研制方法。利用本发明提出的方法所研制的薄型柔软压力传感器敏感单元，不但厚度薄、结构简约、成本低，而且降低了敏感材料电阻时间依赖性对压力测量精度的不利影响，特别适用于狭小曲面层间压力监测与人工电子皮肤研制。本发明提出的基于比目鱼式电极结构的薄型柔软压力传感器敏感单元研制方法的技术方案如下(1)、在聚酰亚胺薄膜上覆合一对电极/引线，作为底层封装薄膜，并将其置于程控升降台的固定平台上。O)、将纳米导电粉末、室温硫化硅橡胶和正己烷有机溶剂按一定比例混合，利用机械搅拌和超声振荡使纳米导电粉末在混合溶液中分散，并在交联剂和催化剂的作用下， 形成纳米导电粉末/硅橡胶复合材料胶状粘稠物。(3)、将步骤( 中制备的胶状粘稠物均勻地涂覆在步骤(1)中制备的底层封装薄膜上，通过微机控制固定于程控升降台可动平台上的光滑刚性平板向下移动，将胶状物挤压为所需厚度。(4)、胶状物硫化成型后，形成压敏薄膜，与底层封装薄膜良好地粘接在一起。将压敏薄膜修剪为所需尺寸，使电极被压敏薄膜完全覆盖，并位于压敏薄膜的端侧。(5)、在步骤(4)制备的压敏薄膜/底层封装薄膜上涂覆热固胶，其中，底层封装薄膜上的引线端侧区域不涂胶，用于与后续电路连接，其尺寸与后续接口装置相匹配。(6)、将另一层未覆合电极/引线的聚酰亚胺薄膜作为顶层封装薄膜覆盖在步骤 (5)中制备的涂有热固胶的压敏材料/聚酰亚胺薄膜之上，并保持底层封装薄膜上用于与后续电路连接的引线部分不被覆盖，用柔性材料封装机进行热压封装，完成敏感单元的制备。本发明的特点及效果(1)、本发明提出的基于比目鱼式电极结构的薄型柔软压力传感器敏感单元的研制方法，输出信号由敏感材料的同一侧引出，从而降低了输出信号的时间依赖性，进而减小了传统三明治结构敏感单元的电阻时间依赖性对压力测量精度的不利影响。(2)、本发明提出的基于比目鱼式电极结构的薄型柔软压力传感器敏感单元的研制方法，将两个电极/引线设置在压敏材料的同一侧，形成比目鱼式结构，不但降低了敏感单元结构的复杂度，而且减小了敏感单元的厚度。
图1为基于比目鱼式电极结构的薄型柔软压力传感器敏感单元制备流程示意图。1代表底层聚酰亚胺薄膜，2代表覆合在底层聚酰亚胺薄膜上的一对铜箔电极，3 代表覆合在底层聚酰亚胺薄膜上的一对引线，4代表未硫化成型的复合材料，5代表已硫化成型并经修剪的压敏薄膜，6代表热固胶，7代表顶层聚酰亚胺薄膜。
具体实施例方式以下结合实施例说明本发明提出的基于比目鱼式电极结构的薄型柔软压力传感器敏感单元研制方法(1)、将铜箔电极2和相应的引线3覆合在底层聚酰亚胺薄膜1之上，并将其置于程控升降台的固定平台上，如图1(1)所示。(2)、将纳米导电粉末、室温硫化硅橡胶和有机溶剂按一定比例混合，利用机械搅拌和超声振荡使纳米导电粉末在混合溶液中分散，并在交联剂和催化剂的作用下，形成纳米导电粉末/硅橡胶复合材料胶状粘稠物4。(3)、将胶状粘稠物4均勻地涂覆在步骤(1)中制备的覆合有电极与引线的聚酰亚胺薄膜1上，通过微机控制固定于程控升降台可动平台上的光滑刚性平板向下移动，将胶状物挤压为所需厚度，其剖面图如图1(2)所示。(4)、胶状物4硫化成型后，形成压敏薄膜5，与电极2与聚酰亚胺薄膜1良好地粘接在一起，将硫化成型后的压敏薄膜修剪为所需尺寸，使电极2被压敏薄膜完全覆盖，并位于压敏薄膜5的端侧，如图1(3)所示。(5)、在步骤(4)制备的压敏薄膜/底层封装薄膜上涂覆热固胶6，其中，底层封装薄膜上的引线端侧区域不涂胶，用于与后续电路连接，其尺寸与后续接口装置相匹配。(6)、将另一层未覆合电极/引线的聚酰亚胺薄膜7作为顶层封装薄膜覆盖在步骤 (5)中制备的涂有热固胶的压敏材料/聚酰亚胺薄膜之上，并保持底层封装薄膜上用于与后续电路连接的引线部分不被覆盖，其剖面图如图1(4)所示，用柔性材料封装机进行热压封装，完成敏感单元的制备，其俯视图如图1(5)所示。实施例1(1)、将直径为5毫米的圆形铜箔电极和长度为9厘米的引线覆合在底层聚酰亚胺薄膜之上，并将其置于程控升降台的固定平台上。(2)、将长径比为300的多壁碳纳米管、室温硫化硅橡胶和有机溶剂按 1 20 800的体积比混合，利用机械搅拌和超声振荡使纳米导电粉末在混合溶液中分散， 并在正硅酸乙酯和二月桂酸二丁基锡的作用下，形成多壁碳纳米管/硅橡胶复合材料胶状粘稠物。
(3)、将胶状粘稠物均勻地涂覆在步骤(1)中制备的覆合有电极与引线的聚酰亚胺薄膜上，通过微机控制固定于程控升降台可动平台上的光滑刚性平板向下移动，将胶状物挤压为40微米的薄膜。(4)、胶状物硫化成型后，形成柔软压敏薄膜，与电极及聚酰亚胺薄膜之间良好地粘接在一起，将硫化成型后的压敏薄膜修剪为所需尺寸，使电极被复合材料薄膜完全覆盖， 并位于压敏薄膜的端侧。(5)、在步骤(4)制备的压敏薄膜/底层封装薄膜上涂覆热固胶，其中，底层封装薄膜上的引线端侧区域不涂胶，用于与后续电路连接，其尺寸与后续接口装置相匹配。(6)、将另一层未覆合电极/引线的聚酰亚胺薄膜覆盖在步骤(5)中制备的压敏材料/聚酰亚胺薄膜之上，并保持底层封装薄膜上用于与后续电路连接的引线部分不被覆盖，用柔性材料封装机进行热压封装，完成敏感单元的制备。实施例2(1)、将直径为6毫米的圆形铜箔电极和长度为8厘米的引线覆合在底层聚酰亚胺薄膜之上，并将其置于程控升降台的固定平台上备用。O)、将粒径为20纳米的炭黑、室温硫化硅橡胶和有机溶剂按1 16 960的体积比混合，利用机械搅拌和超声振荡使纳米导电粉末在混合溶液中分散，并在正硅酸乙酯和二月桂酸二丁基锡的作用下，形成多壁碳纳米管/硅橡胶复合材料胶状粘稠物。(3)、将胶状粘稠物均勻地涂覆在步骤(1)中制备的覆合有电极与引线的聚酰亚胺薄膜上，通过微机控制固定于程控升降台可动平台上的光滑刚性平板向下移动，将胶状物挤压为45微米的薄膜。(4)、胶状物硫化成型后，形成柔软压敏薄膜，与电极及聚酰亚胺薄膜之间良好地粘接在一起，将硫化成型后的压敏薄膜修剪为所需尺寸，使电极被复合材料薄膜完全覆盖， 并位于压敏薄膜的端侧。(5)、在步骤(4)制备的压敏薄膜/底层封装薄膜上涂覆热固胶，其中，底层封装薄膜上的引线端侧区域不涂胶，用于与后续电路连接，其尺寸与后续接口装置相匹配。(6)、将另一层未覆合电极/引线的聚酰亚胺薄膜覆盖在步骤(5)中制备的压敏材料/聚酰亚胺薄膜之上，并保持底层封装薄膜上用于与后续电路连接的引线部分不被覆盖，用柔性材料封装机进行热压封装，完成敏感单元的制备。实施例3(1)、将直径为3毫米的圆形铜箔电极和长度为10厘米的引线覆合在底层聚酰亚胺薄膜之上，并将其置于程控升降台的固定平台上备用。O)、将长径比为200的多壁碳纳米管、室温硫化硅橡胶和有机溶剂按 1 12 600的体积比混合，利用机械搅拌和超声振荡使纳米导电粉末在混合溶液中分散， 并在正硅酸乙酯和二月桂酸二丁基锡的作用下，形成多壁碳纳米管/硅橡胶复合材料胶状粘稠物。(3)、将胶状粘稠物均勻地涂覆在步骤(1)中制备的覆合有电极与引线的聚酰亚胺薄膜上，通过微机控制固定于程控升降台可动平台上的光滑刚性平板向下移动，将胶状物挤压为30微米的薄膜。(4)、胶状物硫化成型后，形成柔软压敏薄膜，与电极及聚酰亚胺薄膜之间良好地粘接在一起，将硫化成型后的压敏薄膜修剪为所需尺寸，使电极被复合材料薄膜完全覆盖， 并位于压敏薄膜的端侧。(5)、在步骤(4)制备的压敏薄膜/底层封装薄膜上涂覆热固胶，其中，底层封装薄膜上的引线端侧区域不涂胶，用于与后续电路连接，其尺寸与后续接口装置相匹配。(6)、将另一层未覆合电极/引线的聚酰亚胺薄膜覆盖在步骤(5)中制备的压敏材料/聚酰亚胺薄膜之上，并保持底层封装薄膜上用于与后续电路连接的引线部分不被覆盖，用柔性材料封装机进行热压封装，完成敏感单元的制备。
权利要求
1.一种基于比目鱼式电极结构的薄型柔软压力传感器敏感单元，其特征在于，该敏感单元包括顶层封装薄膜、底层封装薄膜和位于中间的压敏薄膜，顶层封装薄膜采用聚酰亚胺材料，压敏薄膜采用纳米导电高分子复合材料，底层封装薄膜为覆合有一对电极/引线的聚酰亚胺薄膜。两个电极/引线均位于压敏薄膜的同一侧，形成比目鱼式电极结构。
2.制备如权利要求1所述的基于比目鱼式电极结构的薄型柔软压力传感器敏感单元的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)、在聚酰亚胺薄膜上覆合一对电极/引线，作为底层封装薄膜，并将其置于程控升降台的固定平台上。(2)、将纳米导电粉末、室温硫化硅橡胶和正己烷有机溶剂按一定比例混合，利用机械搅拌和超声振荡使纳米导电粉末在混合溶液中分散，并在交联剂和催化剂的作用下，形成纳米导电粉末/硅橡胶复合材料胶状粘稠物。(3)、将步骤(2)中制备的胶状粘稠物均勻地涂覆在步骤(1)中制备的底层封装薄膜上，通过微机控制固定于程控升降台可动平台上的光滑刚性平板向下移动，将胶状物挤压为所需厚度。(4)、胶状物硫化成型后，形成压敏薄膜，与底层封装薄膜良好地粘接在一起，将压敏薄膜修剪为所需尺寸，使电极被压敏薄膜完全覆盖，并位于压敏薄膜的端侧。(5)、在步骤(4)制备的压敏薄膜/底层封装薄膜上涂覆热固胶，其中，底层封装薄膜上的引线端侧区域不涂胶，用于与后续电路连接，其尺寸与后续接口装置相匹配。(6)、将另一层未覆合电极/引线的聚酰亚胺薄膜作为顶层封装薄膜覆盖在步骤(5)中制备的涂有热固胶的压敏材料/聚酰亚胺薄膜之上，并保持底层封装薄膜上用于与后续电路连接的引线部分不被覆盖，用柔性材料封装机进行热压封装，完成敏感单元的制备。
全文摘要
本发明涉及一种比目鱼式电极结构的薄型柔软压力传感器敏感单元，属于传感器技术领域。该敏感单元包括顶层封装薄膜、底层封装薄膜和位于中间的压敏薄膜。顶层封装薄膜采用聚酰亚胺材料，压敏薄膜采用纳米导电高分子复合材料，底层封装薄膜为覆合有一对电极/引线的聚酰亚胺薄膜，两个电极/引线均位于压敏薄膜的同一侧，形成比目鱼式电极结构。利用本发明提出的方法研制的压敏单元，具有厚度薄、结构简约、成本低等优点。而且，由于在敏感材料的同侧引出信号，减小了压敏单元输出信号的时间依赖性，因而降低了其对测量精度的不利影响，特别适用于国防与工业设备狭小曲面层间压力监测与人工电子皮肤研制等领域。
文档编号G01L1/18GK102419226SQ201110262598
公开日2012年4月18日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者李艳玲, 王璐珩, 王雪婷 申请人:东北大学