一种PDMS—GR聚合物薄膜压阻式柔性压力传感器

一种pdms
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gr聚合物薄膜压阻式柔性压力传感器
技术领域
1.本实用新型涉及传感器领域，具体涉及一种pdms—gr聚合物薄膜压阻式柔性压力传感器。


背景技术：

2.柔性压力传感器是建立在可弯曲或可延展基底上的可用于检测两个接触面之间表面作用力大小的电子元器件。因为其具有较强柔韧性、贴合人体性能较好、结构简单且重量轻等特点，使得柔性压力传感器在人体健康监测、医疗器械、柔性电子皮肤、柔性触摸屏和可穿戴电子产品等领域具有非常好的应用前景，在健康监测领域，柔性传感器可以贴合人体的各个部位，实现各种人体参数的监测从而方便医学工作者根据平时的数据来分析病人的健康情况。
3.常见的柔性传感器有压阻式、电容式和压电式。其中压阻式柔性压力传感器具有结构简单、集成和输出数据容易等优点是目前研究最为广泛的一种柔性压力传感器之一。压阻式柔性压力传感器通常包括基底、压敏层和电极三个部分。其中压敏层是压阻式传感器最重要的部分，压敏层的压阻特性、导电能力等性能直接决定着传感器的传感性能。


技术实现要素：

4.基于上述问题，本实用新型目的在于提供一种高灵敏、低成本的pdms—ps聚合物电介质的电容式柔性压力传感器及其制作工艺。
5.针对以上问题，提供了如下技术方案：一种pdms—gr聚合物薄膜压阻式柔性压力传感器，包括对称设置的基板，所述基板包括一级压敏层和二级压敏层，所述一级压敏层包括多个排列组合的pdms—gr聚合物超薄薄膜卷，所述二级压敏层包括pdms—gr聚合物基底，所述一级压敏层设置于所述二级压敏层对应相邻基板的一侧。
6.通过采用上述技术方案，当压力作用于外表面时，一级压敏层和二级压敏层同时变形，主要起作用的是是一级压敏层，是一级压敏层逐渐变形，薄膜间接触更加贴合，复合物内部的导电通路增多从而引起电阻率的变化；当一级压敏层形变所需压力大于二级压敏层形变所需压力时，二级压敏层起主要作用，当压力达到测量极限时，一级压敏层和二级压敏层的电导率达到了近似值，此时结构电导率达到了允许极限值，从而达到了传感器的测量极限；通过上述过程，压力的微小变化信号被薄膜转换为电阻等电信号，然后通过电极传输到测量仪器中，相较于传统基底
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压敏层
‑
基底的柔性压阻传感器，上述传感器可以根据需求排列压敏层理论上可以测量微小压力且可以在一个传感器上实现压力、单向拉力或多向拉力的测量，该传感器在可穿戴设备、柔性电子皮肤以及工业机器人等领域具有很好的应用前景。
7.本实用新型进一步设置：所述pdms—gr聚合物超薄薄膜卷由一侧带有微结构的pdms—gr聚合物超薄薄膜以微结构为内侧面卷起。
8.本实用新型进一步设置：所述pdms—gr聚合物超薄薄膜由pdms—gr浆液静至于饱
和nacl溶液表面自然凝固形成。
9.本实用新型进一步设置：所述微结构由pdms—gr聚合物超薄薄膜接触干燥空气自然产生。
10.本实用新型进一步设置：所述传感器一级结构中石墨烯纳米片的质量百分比为18wt%
‑
22wt%,所述传感器二级结构中石墨烯纳米片的质量百分比为23wt%
‑
27%%。
11.本实用新型的有益效果：本实用新型将压敏层和基底结合起来，使用导电聚合物既有导电性且还拥有优异力学性能的特点，以导电渗流理论作为指导理论结合微结构提升了传感器灵敏度，同时基底层即是压敏层，无需分别制备基底与压敏层，简化了制作步骤，缩短了制作周期，灵敏度和测量范围随着传感器的几何尺寸变化成非线性改变，可以实现可裁剪的柔性压阻式压力传感器，适用性更广，组装简单。
附图说明
12.图1为本实用新型pdms/石墨烯纳米片超薄薄膜卷的排列示例；
13.图2为本实用新型pdms/石墨烯纳米片超薄薄膜表面微裂纹示意图（微裂纹图案随机生成不受人为因素控制）；
14.图3为本实用新型pdms/石墨烯纳米片超薄薄膜卷结构侧视图；
15.图4为本实用新型pdms/石墨烯纳米片超薄薄膜卷结构立体图；
16.图5为本实用新型传感器单片基底整体结构示意图；
17.图6为本实用新型柔性压阻式压力传感器整体示意图；
18.图中标号含义：1
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基板；2
‑
一级压敏层；21
‑
pdms—gr聚合物超薄薄膜卷；211
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pdms—gr聚合物超薄薄膜；212
‑
微结构；3
‑
二级压敏层；31
‑
pdms—gr聚合物基底。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
20.参见附图1
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6，本实施例公开的一种pdms—gr聚合物薄膜压阻式柔性压力传感器，包括对称设置的基板，所述基板包括一级压敏层2和二级压敏层3，所述一级压敏层2包括多个排列组合的pdms—gr聚合物超薄薄膜卷21，所述二级压敏层3包括pdms—gr聚合物基底31，所述一级压敏层2设置于所述二级压敏层3对应相邻基板1的一侧。
21.本实用新型进一步设置：所述pdms—gr聚合物超薄薄膜卷21由一侧带有微结构212的pdms—gr聚合物超薄薄膜211以微结构212为内侧面卷起。
22.本实用新型进一步设置：所述pdms—gr聚合物超薄薄膜211由pdms—gr浆液静至于饱和nacl溶液表面自然凝固形成。
23.本实用新型进一步设置：所述微结构212由pdms—gr聚合物超薄薄膜211接触干燥空气自然产生。
24.本实用新型进一步设置：一级压敏层2的石墨烯纳米片的质量百分比为20wt%，二级压敏层3的石墨烯纳米片的质量百分比为25wt%。
25.本实用新型技术方案中的gr指石墨烯纳米片，上述的“之间”并不仅仅指方位、位置之间，还包括指不同零件的相互作用之间的意思，上述的“上、下”只是相对描述，便于描
述和理解，不排除使用其它可能性。
26.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，上述假设的这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。


技术特征：
1.一种pdms—gr聚合物薄膜压阻式柔性压力传感器，其特征在于：包括对称设置的基板，所述基板包括一级压敏层和二级压敏层，所述一级压敏层包括多个排列组合的pdms—gr聚合物超薄薄膜卷，所述二级压敏层包括pdms—gr聚合物基底，所述一级压敏层设置于所述二级压敏层对应相邻基板的一侧。2.根据权利要求1所述的一种pdms—gr聚合物薄膜压阻式柔性压力传感器，其特征在于：所述pdms—gr聚合物超薄薄膜卷由一侧带有微结构的pdms—gr聚合物超薄薄膜以微结构为内侧面卷起。3.根据权利要求2所述的一种pdms—gr聚合物薄膜压阻式柔性压力传感器，其特征在于：所述pdms—gr聚合物超薄薄膜由pdms—gr浆液静至于饱和nacl溶液表面自然凝固形成。4.根据权利要求2所述的一种pdms—gr聚合物薄膜压阻式柔性压力传感器，其特征在于：所述微结构由pdms—gr聚合物超薄薄膜在温差下接触干燥空气自然产生。

技术总结
本实用新型提出了一种PDMS—GR聚合物薄膜压阻式柔性压力传感器，包括对称设置的基板，基板包括一级压敏层和二级压敏层，一级压敏层包括多个排列组合的PDMS—GR聚合物超薄薄膜卷，二级压敏层包括PDMS—GR聚合物基底，一级压敏层设置于二级压敏层对应相邻基板的一侧。通过采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：具有易于批量化、高灵敏、低成本的特点。针对这类PDMS—GR聚合物薄膜压阻式柔性压力传感器的制作工艺，使用溶液与复合材料的密度差与液体表面张力实现超薄薄膜的制作，使用的原材料普通，制备过程简单，简化了制作步骤，缩短了制作周期，可以实现大批量的生产，同时无需分别制备基底与压敏层，简化了制作步骤，缩短了制作周期，组装方便。组装方便。组装方便。


技术研发人员：林海垅 章城 魏国
受保护的技术使用者：温州大学
技术研发日：2021.04.30
技术公布日：2021/11/9