基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器及其制备方法，属于传感器技术领域，包括上柔性基底和下柔性基底，附着于上柔性基底内表面的上导电层和附着于下柔性基底内表面的下导电层，在上导电层和下导电层之间设有复合材料介电层。与现有技术相比，本发明对电容式柔性压力传感器的介电层高分子树脂进行了掺杂，掺杂材料包括金属导体、铁电陶瓷、碳材料和有机半导体，利用上述掺杂材料有效的提高了电容式柔性压力传感器的灵敏度，有利于传感器的应用推广。
【专利说明】
基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种电容式柔性压力传感器及其制备方法，特别涉及一种基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器及其制备方法，属于传感器技术领域。
【背景技术】
[0002]进入21世纪，全球人口老龄化问题加剧，医疗保健系统成本持续上升，各国研究者正在积极寻找新的解决方案，以求提高疾病的预防与干预。
[0003]近年来，基于电容式柔性压力传感器的可穿戴健康医疗设备应运而生，给人们带来了新希望，并逐步渗透到电子皮肤、智能机器人等各个领域。例如，含压力传感器的地毯可及时通知医护人员和家人，告知老人、孩子是否跌倒，从而避免严重事故的发生。
[0004]各国学者对提高电容式柔性压力传感器灵敏度进行了大量深入的研究，取得了理想的实验结果并建立了一定的理论依据。
[0005]2016年3月9日公开的，专利申请号为CN201510673308.7，名称为“基于印刷透明电极的可拉伸压力传感器及其制备方法”的中国发明专利公开了一种基于印刷透明电极的可拉伸压力传感器及其制备方法，基于印刷透明电极的可拉伸压力传感器的特征在于，包括上、下两个可拉伸基底，附着于可拉伸基底内表面的印刷透明电极，以及夹在两个印刷透明电极之间的介电层。该发明的可拉伸压力传感器既具有可拉伸、透明化特点，又具有较高的灵敏度与稳定性。另一方面，该可拉伸透明电极是利用印刷方式制备的，无需任何复杂的微纳加工过程，成本低、效率高、能耗小，特别适合于大面积、大规模的生产，有利于传感器的应用推广。该技术方案的缺点在于:其介电层的介电常数变化率有待进一步提高，传感器的灵敏度和稳定性也有待进一步提尚。
[0006]因此，开发一种基于复合材料介电层且具有柔性化、高灵敏度、高稳定性的电容式压力传感器及其制备方法就成为该技术领域急需解决的技术难题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的之一是提供一种基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器，使其具有高灵敏度、高稳定性的优点。
[0008]本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的:
[0009]—种基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器，包括上柔性基底和下柔性基底，附着于上柔性基底内表面的上导电层和附着于下柔性基底内表面的下导电层，其特征在于:在所述上导电层和下导电层之间设有复合材料介电层。
[0010]优选的，所述复合材料介电层的材质为高分子树脂和功能填料的混合物，功能填料的质量分数为0.5%?85%，复合材料介电层的厚度是I?IΟΟμ??。
[0011]优选的，所述高分子树脂为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯(PS)、环氧树脂、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、聚2，6_萘二酸乙二酯(PEN)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有机玻璃、硅橡胶或UV固化胶。
[0012]优选的，所述功能填料为金属导体、铁电陶瓷、碳材料或有机半导体。
[0013]优选的，所述金属导体的材质为银、铜、金、铝、铅、锌、锡、镍等或上述金属的合金；所述铁电陶瓷的材质为钛酸钡或钛酸锶钡;所述碳材料为炭黑、石墨、碳纳米管、石墨烯或富勒烯;所述有机半导体为酞菁铜(CuPc)。
[0014]优选的，所述金属导体、铁电陶瓷的形状为颗粒状、线状、片状、各种规则的立体形状、不规则形状或两种以上形状的组合;其中，颗粒的直径为5nm?ΙΟμπι，线状的直径为5nm?500nm，线状的长度为I?50μηι。
[0015]优选的，所述功能填料为银纳米颗粒，含量为10?50重量％，优选40重量％。
[0016]优选的，所述功能填料为碳纳米管，含量为I?5重量％，优选4重量％。
[0017]优选的，所述上柔性基底和下柔性基底的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有机玻璃、硅橡胶、UV固化胶、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚酰亚胺(ΡΙ)，厚度为 I ?ΙΟΟμπι。
[0018]优选的，所述导电层的材质为银、铜、金、铝、铅、锌、锡等金属或上述金属的合金。
[0019]优选的，所述导电层的材质为碳纳米管、石墨烯、导电高分子材料中的一种或两种以上任意比例的混合物。
[0020]优选的，所述导电高分子材料为聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯硫醚、聚酞菁、聚乙炔或基于上述结构的衍生物。
[0021]本发明的另一目的是提供一种上述基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器的制备方法。
[0022]本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的:
[0023]—种基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器的制备方法，步骤如下:
[0024](I)、制备上柔性基底和下柔性基底；
[0025](2)、在步骤(I)中得到的上柔性基底和下柔性基底的表面，通过印刷、涂布、蒸镀或化学沉积方式制备上导电层和下导电层；
[0026](3)、使用导电胶分别在步骤(2)制得的上导电层和下导电层的表面形成上电极和下电极，并从上电极和下电极分别引出导线，用于测试传感器性能；
[0027](4)、制备复合材料介电层；
[0028](5)、将步骤(3)中制得的带有导电层、电极和导线的上柔性基底、下柔性基底与步骤(4)中制得的复合材料介电层，按照“夹心三明治”结构进行贴合封装，复合材料介电层位于上导电层和下导电层之间，得到基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器。
[0029]优选的，所述步骤(I)中所述上柔性基底和下柔性基底的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有机玻璃、硅橡胶、UV固化胶、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚酰亚胺(PI)，厚度为I?ΙΟΟμπι。
[0030]优选的，所述步骤(2)中所述导电层的材质为银、铜、金、铝、铅、锌、锡等金属或上述金属的合金。
[0031]优选的，所述步骤(2)中所述导电层的材质为碳纳米管、石墨烯、导电高分子材料中的一种或两种以上任意比例的混合物。
[0032]优选的，所述导电高分子材料为聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯硫醚、聚酞菁、聚乙炔或基于上述结构的衍生物。
[0033]优选的，所述步骤(4)中所述复合材料介电层的材质为高分子树脂和功能填料的混合物，功能填料的质量分数为0.5 %?85 %，复合材料介电层的厚度是I?10ym。
[0034]优选的，所述高分子树脂为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯(PS)、环氧树脂、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、聚2，6_萘二酸乙二酯(PEN)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有机玻璃、硅橡胶或UV固化胶。
[0035]优选的，所述功能填料为金属导体、铁电陶瓷、碳材料或有机半导体。
[0036]优选的，所述金属导体的材质为银、铜、金、铝、铅、锌、锡、镍等或上述金属的合金；所述铁电陶瓷的材质为钛酸钡或钛酸锶钡;所述碳材料为炭黑、石墨、碳纳米管、石墨烯或富勒烯;所述有机半导体为酞菁铜(CuPc)。
[0037]优选的，所述金属导体、铁电陶瓷的形状为颗粒状、线状、片状、各种规则的立体形状、不规则形状或两种以上形状的组合;其中，颗粒的直径为5nm?ΙΟμπι，线的直径为5nm?500nm，线的长度为I?50μηι。
[0038]与现有技术相比，本发明的积极效果在于:该电容式柔性压力传感器的介电层采用了高分子树脂和功能填料混合的复合材料，功能填料包括金属导体、铁电陶瓷、碳材料或有机半导体，利用上述复合材料提高了传感器受力过程中介电常数的变化率，从而有效的提高了电容式柔性压力传感器的灵敏度，有利于传感器的应用推广。
[0039]下面通过附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
【附图说明】
[0040]图1为本发明基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器的截面结构示意图。
[0041]图2中a为本发明实施例1中功能填料银纳米颗粒扫描电子显微镜(SEM)图片；图2中b为本发明实施例1中聚二甲基硅氧烷/银纳米颗粒复合材料介电层的截面扫描电子显微镜(SEM)图片。
[0042]图3中a为本发明实施例2中功能填料碳纳米管扫描电子显微镜(SEM)图片；图3中b为本发明实施例2中聚二甲基硅氧烷/碳纳米管复合材料介电层的截面扫描电子显微镜(SEM)图片。
[0043]图4为本发明实施例1基于聚二甲基硅氧烷/银纳米颗粒复合材料介电层的介电常数关系图(测试频率为IkHz)。
[0044]图5为本发明实施例2基于聚二甲基硅氧烷/碳纳米管复合材料的介电层介电常数关系图(测试频率为IkHz)。
[0045]图6为本发明实施例1基于聚二甲基硅氧烷/银纳米颗粒复合材料介电层的电容式柔性压力传感器电容变化率与压力关系图。
[0046]图7为本发明实施例2基于聚二甲基硅氧烷/碳纳米管复合材料介电层的电容式柔性压力传感器的压力与电容变化关系图。
[0047]附图中主要零部件名称:
[0048]I上柔性基底2下柔性基底
[0049]3上导电层 4下导电层
[0050]5复合材料介电层
【具体实施方式】
[0051]如图1所示，是本发明基于复合材料介电层的电容式压力传感器的截面结构示意图，该电容式柔性压力传感器包括:上柔性基底I，下柔性基底2，附着于上柔性基底内表面的上导电层3，附着于下柔性基底内表面的下导电层4，以及位于上导电层3和下导电层4之间的复合材料介电层5。
[0052]基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器工作原理为:当柔性基底受到压力时，附着于柔性基底内表面的导电层间距以及介电层的介电常数将会发生变化，从而引起传感器电容值的变化，通过外部测试电容值变化可反映传感器受力情况。
[0053]本发明通过对介电层高分子树脂进行掺杂，加入金属导体、铁电陶瓷、碳材料或有机半导体等功能填料，极大的增大受力过程中介电常数的变化率，从而有效提高了柔性压力传感器的灵敏度。
[0054]上柔性基底I和下柔性基底2的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，厚度为50μπι(材质也可以是聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有机玻璃、硅橡胶、UV固化胶、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺，厚度为I?lOOwn)。
[0055]上导电层3和下导电层4为银导电涂层(也可以是铜、金、铝、铅、锌、锡等金属或上述金属的合金形成的涂层，或者碳纳米管、石墨烯、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯硫醚、聚酞菁、聚乙炔或基于上述结构的衍生物中的一种或两种以上的组合形成的涂层)。
[0056]复合材料介电层5的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)和银纳米颗粒的混合物，银纳米颗粒的平均粒径为150nm，质量分数为40%，复合材料介电层的厚度是ΙΟΟμπι。所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)也可以是其它高分子树脂，如:聚苯乙烯(PS)、环氧树脂、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、聚2，6_萘二酸乙二酯(PEN)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有机玻璃、硅橡胶或UV固化胶;所述银纳米颗粒也可以是其它材质的功能填料，如:铜、金、铝、铅、锌、锡、镍等或上述金属的合金，钛酸钡、钛酸锶钡，炭黑、石墨、碳纳米管、石墨烯、富勒烯，酞菁铜(CuPc);功能填料的形状还可以为颗粒状、线状、片状、各种规则的立体形状、不规则形状或两种以上形状的组合;其中，颗粒的直径为5nm?ΙΟμπι;线的直径为5nm?500nm，线的长度为I?50μηιο
[0057]本发明的上述基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器的制造方法，步骤如下:
[0058](I)、制备上柔性基底和下柔性基底；
[0059](2)、在步骤(I)中得到的上柔性基底和下柔性基底的表面，通过印刷、涂布、蒸镀或化学沉积方式制备上导电层和下导电层；
[0060](3)、使用导电胶分别在步骤(2)制得的上导电层和下导电层的表面形成上电极和下电极，并从上电极和下电极分别引出导线，用于测试传感器性能；
[0061](4)、制备复合材料介电层；
[0062](5)、将步骤(3)中制得的带有导电层、电极和导线的柔性基底与步骤(4)中制得的复合材料介电层，按照“夹心三明治”结构进行贴合封装，复合材料介电层位于上导电层和下导电层之间，得到基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器。
[0063]实施例1:
[0064](I)制备柔性基底
[0065]将市售聚二甲基硅氧烷(PDMS)单体与固化剂(Dow Corning，SYLGARD 184，美国)按照质量比10:1进行充分混合，利用奥斯派-100迈耶棒(0SP-100，石家庄奥斯派机械科技有限公司)在市售喷墨打印相纸(佳能，LU-101专业绒面相纸，日本)表面进行涂布，然后置于真空烘箱中室温抽气5分钟去除涂层中气泡，再70°C固化2小时，并从相纸表面揭下，得到柔性基底，厚度为ΙΟΟμπι。
[0066](2)制备导电层及电极
[0067]采用丝网印刷方式(丝网印刷机:0S_500FB，中国欧莱特印刷机械工业有限公司)，在柔性基底表面印刷纳米银导电油墨(AP02，北京北印中源科技有限公司)，得到导电层，表面电阻10 Ω /sq。使用银导电胶(Ablestik，Ablebond 84_lLimisr4)分别在两导电层上形成上导电极、下导电极，并从两个导电极上各引出铜导线，用于传感器性能测试。
[0068](3)制备聚二甲基硅氧烷(PDMS) /银纳米颗粒复合材料介电层
[0069]将市售聚二甲基硅氧烷(PDMS)单体与固化剂(Dow Corning，SYLGARD 184，美国)按照质量比10:1进行充分混合，再将银纳米颗粒(如图2中a所示，为银纳米颗粒的扫描电子显微镜(SEM)图片;AgNP-15O，北京北印中源科技有限公司，平均粒径为15Onm)按照质量分数为10%、20%、30%、40%或50%分别与PDMS进行混合，利用机械搅拌器(RW 20digital，德国艾卡)1600rpm搅拌3小时，得到混合均匀的PDMS/银纳米颗粒复合材料;再利用奥斯派-100迈耶棒(0SP-100，石家庄奥斯派机械科技有限公司)在PET薄膜(乐凯，中国，厚度为100μm)表面进行涂布，然后置于真空烘箱中室温抽气5分钟，90°C固化2小时，将得到的复合材料介电层并从PET表面揭下，厚度为ΙΟΟμπι。
[0070]选取不同银纳米颗粒含量的复合材料，利用扫描电子显微镜(SEM)观察其截面，利用Agilent Ε4990Α阻抗分析仪测试其介电常数。
[0071]如图2中b所示，为本实施例中银纳米颗粒含量为40wt.%时的复合材料的截面的扫描电子显微镜(SEM)图片。从图2中的b可知，银纳米颗粒均匀的分散在PDMS基体内部。
[0072]如图4所示，本实施例用不同银纳米颗粒含量的功能填料制备的复合材料介电层的介电常数关系图(测试频率为IkHz)。由图4可知，随着银纳米颗粒含量的增加，复合材料介电常数先增加再减小，当银纳米颗粒的含量为40wt时，复合材料介电常数达到最大值为280。这表明银纳米颗粒的加入，有效的提高了复合材料的介电常数，有利于电容式柔性压力传感器灵敏度的提高。本实施例中，选择银纳米颗粒含量为40wt.%的复合材料作为传感器介电层材料(通过图4可知，银纳米颗粒40wt含量为本实施例中复合材料的渗流阈值)，在后续工艺步骤中用于制备电容式柔性压力传感器。
[0073](4)封装电容式柔性压力传感器
[0074]将两柔性基底、PDMS/银纳米颗粒复合材料介电层按照“夹心三明治”的结构进行贴合封装(如图1所示)，其中柔性基底带有导电层的一侧面对面，介电层位于两导电层之间。器件的封装与贴合是通过PDMS自身的亲和性与分子间作用力实现的，无需使用任何胶黏剂。得到基于PDMS/银纳米颗粒复合材料介电层的电容式柔性压力传感器。
[0075]如图6所示，为本实施例基于TOMS/银纳米颗粒复合材料介电层的电容式柔性压力传感器电容变化率与压力关系图。从图6可知，在压力<2000Pa范围内，随着银纳米颗粒含量的增加，各条曲线斜率逐渐提高，表明传感器灵敏度随银纳米颗粒含量的增加逐渐升高，当银纳米颗粒的含量为40wt.%时，传感器敏感度为0.58kPa—、需要说明的是，灵敏度在数值上等于曲线斜率是本领域所的公知常识。
[0076]实施例2:
[0077](I)制备柔性基底
[0078]将市售二甲基硅氧烷(PDMS)单体与固化剂(Dow Corning，SYLGARD 184，美国)按照质量比10:1进行充分混合，利用奥斯派-1.5迈耶棒(0SP-1.5，石家庄奥斯派机械科技有限公司)在市售喷墨打印相纸(佳能，LU-101专业绒面相纸，日本)表面进行涂布，然后置于真空烘箱中室温抽气5分钟去除涂层中气泡，再70°C固化2小时，并从相纸表面揭下，得到柔性基底，厚度为Iym。
[0079](2)制备导电层与电极
[0080]在柔性基底表面利用奥斯派-1.5迈耶棒(0SP-1.5，石家庄奥斯派机械科技有限公司)涂布制备碳纳米管导电层(TNWPM，中科院成都有机化学有限公司)，表面电阻为50 Ω /sq。使用银导电胶(Ablestik，Ablebond 84_lLimisr4)分别在两导电层上形成上、下导电极，并从导电极上引出铜导线，用于传感器性能测试。
[0081](3)制备聚二甲基硅氧烷(PDMS)/碳纳米管复合材料介电层
[0082]将市售二甲基硅氧烷(PDMS)单体与固化剂(Dow Corning，SYLGARD 184，美国)按照质量比10:1进行充分混合，再将碳纳米管(如图3中a所示，为碳纳米管的扫描电子显微镜(SEM)图片，TNMHl，中国科学院成都有机化学有限公司，纯度>95%，直径<8nm，长度10?30μm，密度0.27g/cm3)按照质量分数为1%、2%、3%、4%、5%分别与PDMS进行混合，利用机械搅拌器(RW 20digital，德国艾卡)1600rpm搅拌3小时，得到混合均匀的PDMS/碳纳米管复合材料;再利用奥斯派-1.5迈耶棒(0SP-1.5，石家庄奥斯派机械科技有限公司)在PET薄膜(乐凯，中国，厚度为ΙΟΟμπι)表面进行涂布，然后置于真空烘箱中室温抽气5分钟，90°C固化2小时，将得到的复合材料介电层并从PET表面揭下，厚度为1.5μπι。
[0083]选取不同碳纳米管含量的复合材料，利用扫描电子显微镜(SEM)观察其截面，利用Agilent Ε4990Α阻抗分析仪测试其介电常数。如图3中b所示，是本实施例中碳纳米管含量为4wt.%时，复合材料介电层的截面的扫描电子显微镜(SEM)图片。从图3中b可知，碳纳米管均匀的分散在PDMS基体内部。
[0084]如图5所示，是本实施例中不同碳纳米管含量时，复合材料的介电常数(测试频率为IkHz)。由图5可知，随着碳纳米管含量的增加，复合材料介电常数先增加再减小，当碳纳米管的含量为4wt.%时，复合材料介电常数达到最大值为1180。这表明碳纳米管的加入，有效的提高了复合材料的介电常数，有利于电容式柔性压力传感器灵敏度的提高。本实施例中，选择碳纳米管含量为4wt.%的复合材料作为传感器介电层材料(通过图5可知，碳纳米管4wt.%含量为本实施例中复合材料的渗流阈值)，在后续工艺步骤中用于制备电容式柔性压力传感器。
[0085](4)封装电容式柔性压力传感器
[0086]将两柔性基底、PDMS/碳纳米管复合介电层按照“夹心三明治”的结构进行贴合封装(如图1所示)，其中柔性基底带有导电层的一侧面对面，介电层位于两导电层之间。器件的封装与贴合是通过PDMS自身的亲和性与分子间作用力实现的，无需使用任何胶黏剂。得到基于微结构化介电层的电容式柔性压力传感器。
[0087]如图7所示，为本实施例2中基于掺杂碳纳米管的复合介电层的电容式柔性压力传感器和未掺杂的传感器的电容变化率与压力关系图。从图7可知，随着介电层掺杂碳纳米管质量分数的增加，特性曲线斜率逐渐增加，表明通过碳纳米管掺杂有效的提高了电容式柔性压力传感器的灵敏度。本实施例中，介电层掺杂4wt.%碳纳米管后传感器灵敏度为
0.65kPa—1，未进行介电层掺杂的传感器灵敏度为0.26kPa-1。需要说明的是，灵敏度在数值上等于曲线斜率是本领域所的公知常识。
[0088]实施例3
[0089]其它与实施例1完全相同，不同之处在于:
[0090](I)将“聚二甲基硅氧烷(PDMS)/银纳米颗粒复合材料”替换为“聚苯乙烯(PS)、环氧树脂、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、聚2，6_萘二酸乙二酯(PEN)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有机玻璃、硅橡胶或UV固化胶/铜、金、铝、铅、锌或锡纳米颗粒(各个掺杂成分的最佳范围25wt.%?55wt.%)复合材料”。
[0091](2)介电层厚度为Ιμπι。
[0092]实施例4
[0093]其它与实施例1完全相同，不同之处在于:
[0094](I)将“纳米银导电油墨导电层”替换为“铜、金、铝、铅、锌、锡或上述金属的合金导电层”。
[0095](2)介电层厚度为50μπι。
[0096]实施例5
[0097]其它与实施例2完全相同，不同之处在于:将“PDMS/碳纳米管复合材料”替换为“聚苯乙烯(PS)、环氧树脂、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯(ΡΡ)、聚酰亚胺(PI)、聚2，6_萘二酸乙二酯(PEN)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有机玻璃、硅橡胶或UV固化胶/钛酸钡、钛酸锶钡、炭黑、石墨、石墨烯、富勒烯或酞菁铜复合材料(各个掺杂成分的最佳范围lwt.%?55wt.% )”。
[0098]实施例6
[0099]其它与实施例2完全相同，不同之处在于:将“碳纳米管导电层”替换为“石墨烯或导电高分子材料(具体为聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯硫醚、聚酞菁、聚乙炔或基于上述结构的衍生物)导电层”。
[0100]本发明克服重重困难，制备了基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器，实现了通过复合介电层提高器件灵敏度的目的。
[0101]可以理解的是，对于本领域的普通技术人员，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明专利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器，包括上柔性基底和下柔性基底，附着于上柔性基底内表面的上导电层和附着于下柔性基底内表面的下导电层，其特征在于:在所述上导电层和下导电层之间设有复合材料介电层。2.根据权利要求1所述的电容式柔性压力传感器，其特征在于:所述复合材料介电层的材质为高分子树脂和功能填料的混合物，功能填料的质量分数为0.5%?85%，复合材料介电层的厚度是I?ΙΟΟμπι。3.根据权利要求2所述的电容式柔性压力传感器，其特征在于，所述高分子树脂为聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、环氧树脂、聚偏氟乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚丙烯、聚酰亚胺、聚2，6_萘二酸乙二酯、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有机玻璃、硅橡胶或UV固化胶。4.根据权利要求3所述的电容式柔性压力传感器，其特征在于:所述功能填料为金属导体、铁电陶瓷、碳材料或有机半导体。5.根据权利要求4所述的电容式柔性压力传感器，其特征在于:所述金属导体为银、铜、金、铝、铅、锌、锡、镍等或上述金属的合金;所述铁电陶瓷为钛酸钡或钛酸锶钡;所述碳材料为炭黑、石墨、碳纳米管、石墨烯或富勒烯;所述有机半导体为酞菁铜。6.根据权利要求4所述的电容式柔性压力传感器，其特征在于:所述功能填料为银纳米颗粒，含量为10?50重量％，优选40重量％。7.根据权利要求4所述的电容式柔性压力传感器，其特征在于:所述功能填料为碳纳米管，含量为I?5重量％，优选4重量％。8.—种基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器的制备方法，步骤如下: (1)、制备上柔性基底和下柔性基底； (2)、在步骤(I)中得到的上柔性基底和下柔性基底的表面，通过印刷、涂布、蒸镀或化学沉积方式制备上导电层和下导电层； (3)、使用导电胶分别在步骤(2)制得的上导电层和下导电层的表面形成上电极和下电极，并从上电极和下电极分别引出导线，用于测试传感器性能； (4)、制备复合材料介电层； (5)、将步骤(3)中制得的带有导电层、电极和导线的上、下柔性基底与步骤(4)中制得的复合材料介电层，按照“夹心三明治”结构进行贴合封装，复合材料介电层位于上导电层和下导电层之间，得到基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器。9.根据权利要求8所述的电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于:所述步骤(4)中所述复合材料介电层的材质为高分子树脂和功能填料的混合物，功能填料的质量分数为0.5%?85%，复合材料介电层的厚度是I?ΙΟΟμπι。10.根据权利要求9所述的电容式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于:所述高分子树脂为聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、环氧树脂、聚偏氟乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚丙烯、聚酰亚胺、聚2，6_萘二酸乙二酯、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有机玻璃、硅橡胶或UV固化胶;所述功能填料为金属导体、铁电陶瓷、碳材料或有机半导体;所述金属导体的材质为银、铜、金、铝、铅、锌、锡、镍或上述金属的合金;所述铁电陶瓷的材质为钛酸钡或钛酸锶钡；所述碳材料为炭黑、石墨、碳纳米管、石墨烯或富勒烯;所述有机半导体为酞菁铜。
【文档编号】G01L1/14GK106017748SQ201610334814
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】莫黎昕, 李路海, 翟庆彬, 李正博, 王振国
【申请人】北京印刷学院