柔性电容传感器及压力测量装置的制作方法

本实用新型一般涉及传感器技术领域，具体涉及一种柔性电容传感器及压力测量装置。

背景技术：

目前柔性电容传感器的柔性电极一般采用复合的多层结构，例如柔性电极采用塑料薄膜作为衬底，然后在衬底上形成金属薄膜，以形成柔性电极。对于塑料而言，其热稳定性是一个巨大的挑战。大多数塑料在环境中容易发生体积膨胀，导致在柔性电容传感器的制造过程中，形成在塑料上面的金属薄膜发生脱落或破坏，使柔性电容传感器失效。

技术实现要素：

本申请期望提供一种柔性电容传感器及压力测量装置，用以克服现有技术中因金属薄膜与衬底发生脱落或破坏，使柔性电容传感器失效的问题。

第一方面，本实用新型提供一种柔性电容传感器，包括依次层叠设置的第一柔性电极层、柔性绝缘层及第二柔性电极层；

所述第一柔性电极层及所述第二柔性电极层均为单体结构；

所述柔性绝缘层设置有多个用于提高所述柔性绝缘层柔性的孔隙。

作为可实现的方式，所述柔性绝缘层包括至少一层柔性基底，所述柔性基底相背离的两面均设置有多个相互间隔的柔性凸起，同一面上设置的所述柔性凸起之间的间隙为所述孔隙。

作为可实现的方式，不同面之间的所述柔性凸起交错设置；和/或，

同一面上不同行或不同列的所述柔性凸起交错设置。

作为可实现的方式，所述柔性凸起为立方体、长方体、圆柱、多棱柱、圆台、球冠和锥台中的至少任一种。

作为可实现的方式，第一柔性电极层为导电橡胶层、导电硅胶层和导电纸中的任一种；和/或，

第二柔性电极层为导电橡胶层、导电硅胶层和导电纸中的任一种。

作为可实现的方式，所述柔性绝缘层为橡胶层、硅胶层和聚二甲基硅氧烷层中的任一种。

作为可实现的方式，所述柔性凸起的厚度为5-10μm。

作为可实现的方式，所述柔性基底的厚度为10-20μm。

作为可实现的方式，通过丝网印刷或压印形成所述柔性凸起。

第二方面，本实用新型提供一种压力测量装置，包括上述的柔性电容传感器。

上述方案，第一柔性电极层及第二柔性电极层均为单体结构，较现有技术中采用复合层状结构，不存在因环境因素，如温度、湿度等造成不同层间脱落或破坏，造成柔性电容传感器失效的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例提供的柔性电容传感器的使用状态示意图；

图2为本实用新型实施例提供的柔性绝缘层的俯视图；

图3为本实用新型另一实施例提供的柔性绝缘层的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1、图2所示，本实用新型实施例示出的一种柔性电容传感器，包括依次层叠设置的第一柔性电极层1、柔性绝缘层及第二柔性电极层4；第一柔性电极层1及第二柔性电极层4均为单体结构；柔性绝缘层设置有多个用于提高所述柔性绝缘层柔性的孔隙5。

本文所指的单体结构是说，第一柔性电极层1及第二柔性电极层4均是一个独立的层状结构，而不是由多层不同材料的层堆叠复合的结构，该单体结构不会因温度、湿度等条件的变化而出现相互间脱落的情况。

上述方案，因为第一柔性电极层1及第二柔性电极层4均为单体结构，较现有技术中采用复合层状结构，不存在因环境因素，如温度、湿度等造成不同层间脱落或破坏，造成柔性电容传感器失效的问题。

此外，由于柔性绝缘层设置有多个用于提高柔性绝缘层柔性的孔隙5，使得在第一柔性电极层1和/或第二柔性电极层4上施加压力后，柔性绝缘层易于发生形变，即该柔性电容传感器更容易被压缩。然而，该柔性电容传感器的电容值，是受第一柔性电极层1与第二柔性电极层4间的距离和柔性绝缘层的介电常数决定的，在施加压力后，受力部位第一柔性电极层1与第二柔性电极层4间的距离变小，同时柔性绝缘层受力部位的孔隙5内的空气被挤出，柔性绝缘层的介电常数变大，使得该柔性电容传感器的电容值更容易发生变化。具体地，可以参见以下公式：

c＝εs/d；

其中，c为该柔性电容传感器的电容，ε为柔性绝缘层介电常数，s为第一柔性电极层1与第二柔性电极层4间的等效面积，d为第一柔性电极层1与第二柔性电极层4间的距离。

由上不难看出，由于柔性电容传感器更容易被压缩且被压缩时介电常数变大，则电容值更容易发生变化，因此该柔性电容传感器具有较高的灵敏度。

作为可实现的方式，柔性绝缘层包括至少一层柔性基底3，柔性基底3相背离的两面均设置有多个相互间隔的柔性凸起2，同一面上设置的柔性凸起2之间的间隙为所述孔隙5。

在柔性绝缘层厚度相同的情况下，设置了柔性凸起2的柔性绝缘层较实心结构，在受力相同的情况下更容易发生形变以提高该柔性电容传感器的灵敏度。同时，通过设置柔性凸起2，使相邻的柔性凸起2之间形成了上述的孔隙5，在受力相同的情况下，孔隙5内的空气被挤出，使得柔性绝缘层的介电常数发生变化，亦利于提高该柔性电容传感器的灵敏度。

作为可实现的方式，为了提高柔性绝缘层在受到相同力的情况下的变形量，以进一步提高该柔性电容传感器的灵敏度，则不同面之间的柔性凸起2交错设置。

这里所说的交错设置是指，柔性基底3两侧的柔性凸起2是错位的，即其中一面的柔性凸起2对应于另一面的孔隙5。除了不同面见的柔性凸起2是错位设置的，同一面中不同行或列的柔性凸起2也可以是错位的。

作为可实现的方式，所述柔性凸起2为立方体、长方体、圆柱、多棱柱、圆台、球冠和锥台中的至少任一种。

例如，图2所示的实施例中，柔性基底3上设置的柔性凸起2为立方体，图3所示的实施例中，柔性基底3上设置的柔性凸起2为圆柱。

作为可实现的方式，第一柔性电极层1为导电橡胶层、导电硅胶层和导电纸中的任一种；和/或，

第二柔性电极层4为导电橡胶层、导电硅胶层和导电纸中的任一种。

其中，导电橡胶层是采用导电橡胶经成膜工艺做成导电橡胶薄膜，导电橡胶是在橡胶内掺入一定量的金属粉末，使其由绝缘体变为导体，可以通过改变加入金属粉末的量改变其电阻率。

导电硅胶层是采用导电硅胶经成膜工艺做成导电硅胶薄膜，导电硅胶是在硅胶内掺入一定量的金属粉末，使其由绝缘体变为导体，可以通过改变加入金属粉末的量改变其电阻率。

导电纸是在基纸内含有纳米银、碳纳米管等材料，使基纸具有导电性。导电纸例如但不限于采用以下方式制备，提供两片滤膜，滤膜例如为pvdf(polyvinylidenefluoride；聚偏二氟乙烯)滤膜，在其中一个pvdf滤膜上依次分别倾倒纳米纤丝化纤维素(nfc)分散体及四甲基哌啶氮氧化物(tempo)，经pvdf滤膜过滤并在pvdf滤膜上形成一个薄层结构，在另外一个pvdf滤膜上过滤形成纳米银薄层结构，将两个pvdf滤膜对贴，使过滤出来的两个薄层结构贴合在一起，然后进行干燥处理，干燥过程中，两个薄层结构扩散交融在一起，形成了单体结构的导电纸。

作为可实现的方式，柔性绝缘层为橡胶层、硅胶层和聚二甲基硅氧烷层中的任一种。

作为可实现的方式，所述柔性凸起2的厚度为5-10μm。

作为可实现的方式，所述柔性基底3的厚度为10-20μm。

作为可实现的方式，通过丝网印刷或压印形成所述柔性凸起2。

作为一种较佳的实现方式，柔性绝缘层的材料选用聚二甲基硅氧烷，例如但不限于可以通过丝网印刷的方式形成柔性绝缘层。聚二甲基硅氧烷具有很好的柔性和弹性。

首先按照一定质量比前体和交联剂配置聚二甲基硅氧烷液体，例如质量比10:1；然后在室温下真空抽气一定时间(如10min)以除去聚二甲基硅氧烷液体中的气泡；之后在将聚二甲基硅氧烷液体通过丝网印刷到上述的导电纸上，加热一定的时间(如在150℃下加热10s)，随后在室温下冷却固化并去除丝网模板，形成柔性凸起2，另外还可以通过涂覆、印刷等方式采用上述聚二甲基硅氧烷液形成柔性衬底。在导电纸上形成柔性凸起2后，将两张导电纸形成有柔性凸起2的面相向的对贴，并在两层柔性凸起2之间夹入柔性衬底。

第二方面，本实用新型提供一种压力测量装置，包括上述的柔性电容传感器。

该柔性电容传感器的第一柔性电极层1及第二柔性电极层4分别连接导线与其他部件连接形成压力测量装置。其压力测量的原理是根据电容值的不同来确定不同的压力。例如，预选标定好电容值与压力的映射关系，通过柔性电容传感器的电容变化来确定压力的大小。

需要理解的是，上文如有涉及术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。