电容传感器及其制备方法与流程

本技术属于传感器，具体涉及一种电容传感器及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着机器人研究技术的发展，如何使机器人具备更像人类的智能行为从而广泛参与到各行各业的发展已经成为一大研究热点。其中，柔性传感器作为一种为机器人提供触觉信号的重要功能器件，具有高灵敏度、高柔性、高稳定性以及耐久性等显著优点，被广泛集成到各种曲面、机械抓手以及软体机器人上来适应不同程度的弯曲变形，因而在人机交互系统、柔性电子皮肤及智能软体机器人领域做出了突出贡献。

2、大多数柔性传感器，尤其是电容型传感器，都具备多层结构，各电极层和介电层之间为了实现不同的功能通常会采用不同的导电材料和介电材料，这将导致各层结构之间出现机械性能不匹配的问题，因此在实际应用中容易出现信号失真等传感失效问题。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种电容传感器及其制备方法，至少在一定程度上克服相关技术中存在的多层结构性能不匹配的技术问题。

2、本技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本技术的实践而习得。

3、根据本技术实施例的一个方面，提供一种电容传感器，包括相互贴合的电极层和介电层，所述电极层和所述介电层是将导电填料在相同的聚合物中以不同的掺杂比例进行混合而制成的复合材料。

4、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，所述电极层和所述介电层中掺杂相同的导电填料，并且所述电极层中导电填料的掺杂比例大于所述介电层中导电填料的掺杂比例。

5、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，所述聚合物为聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚酰亚胺、环氧树脂、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、尼龙、聚丙烯、橡胶和聚甲醛中的任意一种；所述导电填料为金属纳米线、碳纳米管、石墨、石墨烯、炭黑和金属导电粉中的任意一种或多种的组合。

6、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，所述聚合物为聚二甲基硅氧烷，所述导电填料为碳纳米管。

7、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，所述电极层中掺杂的碳纳米管的质量比例为6～90％，所述介电层中掺杂的碳纳米管的质量比例为0.1～5％。

8、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，所述电极层中掺杂的碳纳米管的质量比例为7％，所述介电层中掺杂的碳纳米管的质量比例为2％。

9、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，所述聚合物为聚二甲基硅氧烷，所述导电填料为炭黑。

10、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，所述电极层中掺杂的炭黑的质量比例为8～60％，所述介电层中掺杂的炭黑的质量比例为0.1～3％。

11、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，所述聚合物为聚氨酯，所述导电填料为金属纳米线。

12、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，所述电极层中掺杂的金属纳米线的质量比例为7～30％，所述介电层中掺杂的金属纳米线的质量比例为0.1～3％。

13、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，所述导电填料是由至少两种具有不同材质或者不同结构的导电材料组成的混合填料。

14、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，所述电极层包括贴合于所述介电层第一表面的第一电极层和贴合于所述介电层第二表面的第二电极层，所述第一电极层、所述第二电极层和所述介电层中的至少一个为具有微凸结构的薄膜层。

15、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，所述微凸结构为天鹅绒竹芋叶子的表面微结构。

16、根据本技术实施例的一个方面，提供一种电容传感器的制备方法，该方法包括：将导电填料在相同的聚合物中以不同的掺杂比例混合得到导电溶液和非导电溶液；分别对所述导电溶液和所述非导电溶液进行固化处理，得到电极层和介电层；将所述电极层与所述介电层组装成电容传感器。

17、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，分别对所述导电溶液和所述非导电溶液进行固化处理，得到电极层和介电层，包括：将所述导电溶液在微结构模板上进行固化处理，得到具有微凸结构的第一电极层；将所述导电溶液在光滑基底上进行固化处理，得到表面光滑的第二电极层；将所述非导电溶液在光滑基底上进行固化处理，得到表面光滑的介电层。

18、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，将所述导电溶液在微结构模板上进行固化处理，得到具有微凸结构的第一电极层，包括：将所述导电溶液浇筑在微结构模板上；对承载于所述微结构模板上的导电溶液进行加热处理，得到固化在所述微结构模板上的导电薄膜层；从所述微结构模板上剥离所述导电薄膜层，得到具有微凸结构的第一电极层。

19、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，所述微结构模板是具有微凸结构反结构的聚二甲基硅氧烷模板；在将所述导电溶液浇筑在微结构模板上之前，所述方法还包括：将聚二甲基硅氧烷的预聚物与固化剂溶液按照预设比例进行混合，得到混合溶液；将所述混合溶液浇筑在天鹅绒竹芋叶子的表面；对承载于所述天鹅绒竹芋叶子表面上的混合溶液进行加热处理，得到固化在所述天鹅绒竹芋叶子表面上的聚二甲基硅氧烷薄膜；从所述天鹅绒竹芋叶子表面剥离所述聚二甲基硅氧烷薄膜，得到具有微凸结构反结构的聚二甲基硅氧烷模板。

20、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，分别对所述导电溶液和所述非导电溶液进行固化处理，得到电极层和介电层，包括：将所述导电溶液在光滑基底上进行固化处理，得到表面光滑的电极层；将所述非导电溶液在微结构模板上进行固化处理，得到具有微凸结构的介电层。

21、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，所述导电填料为碳纳米管，所述聚合物为聚二甲基硅氧烷；将导电填料在相同的聚合物中以不同的掺杂比例混合得到导电溶液和非导电溶液，包括：将碳纳米管按照7～10％的质量比例与聚二甲基硅氧烷进行混合，得到第一混合原料；将所述第一混合原料分散于三氯甲烷中，得到导电溶液；所述导电溶液中的聚二甲基硅氧烷与三氯甲烷的质量比例为1:3；将碳纳米管按照1～3％的质量比例与聚二甲基硅氧烷进行混合，得到第二混合原料；将所述第二混合原料分散于三氯甲烷中，得到非导电溶液。

22、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，所述导电填料为炭黑，所述聚合物为聚二甲基硅氧烷；将导电填料在相同的聚合物中以不同的掺杂比例混合得到导电溶液和非导电溶液，包括：将炭黑按照8～60％的质量比例与聚二甲基硅氧烷进行混合，得到第三混合原料；将所述第三混合原料分散于三氯甲烷中，得到导电溶液；将炭黑按照0.1～3％的质量比例与聚二甲基硅氧烷进行混合，得到第四混合原料；将所述第四混合原料溶解于三氯甲烷中，得到非导电溶液。

23、在本技术的一些实施例中，基于以上技术方案，所述导电填料为金属纳米线，所述聚合物为聚氨酯；将导电填料在相同的聚合物中以不同的掺杂比例混合得到导电溶液和非导电溶液，包括：将金属纳米线按照7～30％的质量比例与聚氨酯进行混合，得到第五混合原料；将所述第五混合原料分散于水基溶剂中，得到导电溶液；将金属纳米线按照0.1～3％的质量比例与聚氨酯进行混合，得到第六混合原料；将所述第六混合原料分散于水基溶剂中，得到非导电溶液。

24、在本技术实施例提供的技术方案中，由于电极层和介电层使用了相同的聚合物，并都向聚合物中进行了导电填料的掺杂，因此使得导电层与介电层具有相同的材料体系，具有相似的弹性模量，力学性能及物理性能匹配，解决了传感器在复杂机械条件下因机械失配引起的传感失效等问题，提高了电容传感器的机械性能匹配以及电容感应的稳定性和可靠性。

25、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。