一种线型LC柔性压力传感器及其制备方法

本发明涉及传感器制备，具体涉及一种线型lc柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术：

1、柔性传感器是指采用柔性材料制成的传感器，具有良好的柔韧性、延展性，甚至可自由弯曲甚至折叠，而且结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意布置，能够非常方便地对复杂的被测量进行检测。不但具有将外界各种刺激转换为可被检测的电信号的能力，而且具有良好的柔性、可拉伸性以及生物相容性的特点。高灵敏度的柔性压力传感器能更精确地感知人体呼吸和脉搏跳动等生理信息，在电子皮肤、医疗保健和智能机器人等领域有着极其重要的作用。

2、柔性传感器包括柔性电阻式传感器、柔性压磁式传感器、柔性电容式传感器和柔性电感式传感器等。其中无源无线lc传感器中包含柔性电容式传感器和柔性电感式传感器。线型无源无线柔性压力传感器检测装置有体积小、灵敏度高、监测范围大、易弯曲等特点，其使用完善的射频耦合方法实现无线操作，可应用于各种外科手术，并且可以以任意角度贴附需要检测的物体表面。无线和无电池监测应变的传感器，可测量整个过程中的实时应变变化，以便全天候监测，及时发现问题，使其成为广大研究学者的重点研究类型。然而现有技术中制备的无源无线传感器只能感测上下两电极层产生的应变，传感器灵敏度不高。

3、因此，现需要一种具有较高灵敏度的线型lc柔性压力传感器及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种线型lc柔性压力传感器及其制备方法，以解决现有技术中无源无线传感器的灵敏度较低的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种线型lc柔性压力传感器，包括：由内而外设置的内电极层、中间介电层、外电极层、封装层和电感线圈，内电极层呈圆柱型，中间介电层、外电极层依次套设在内电极层上，封装层外侧间隔等距地缠绕铜丝，铜丝的一端与传感器一端的内电极层相连，铜丝的另一端与传感器另一端的外电极层相连。

3、进一步地，外电极层和内电极层均采用pdms加入碳黑或采用pdms加入多壁碳纳米管相结合的复合材料制成。

4、进一步地，中间介电层采用pdms材料制成。

5、进一步地，封装层采用pi聚酰亚胺薄膜材料制成。

6、进一步地，电感线圈由0.02mm铜丝制成。

7、本发明还提供了一种线型lc柔性压力传感器的制备方法，具体包括如下步骤：

8、s1，制备内电极层和外电极层的模具，利用solid works软件绘制模具并采用3d打印技术打印出制备内电极层和外电极层的模具，其中制备内电极层的模具为直径为0.1mm，高为10cm的圆柱型，制备外电极层的模具为环形圆柱结构，其外径为0.5mm，内径为0.3mm，高为10cm；

9、s2，制备内电极层和外电极层，将pdms聚二甲基硅氧烷预置体与碳黑混合，并加入一定量的正己烷溶液作为溶剂，对混合溶液进行磁力搅拌；将配好的混合溶液均匀倒入模具内，然后放在80℃的烘箱中加热烘干1h，得到具有环形圆柱结构的外电极层和圆柱型的内电极层；

10、s3，制备中间介电层的模具，利用solid works软件绘制模具并采用3d打印技术打印出制备中间介电层的模具，为环形圆柱结构，其外径为0.3mm，内径为0.1mm，高为10cm；

11、s4，制备中间介电层，将pdms的主剂和固化剂以10∶1的质量比进行配比，放入真空箱中抽真空20min，以去除pdms中的气泡形成预置体，将配好的pdms预置体均匀倒入环形圆柱结构的模型内，然后放在80℃的烘箱中加热烘干1h，得到具有环形圆柱结构的pdms中间介电层；

12、s5，封装传感器，将制备好的内、外电极层和中间介电层，按照从内到外依次为内电极层、中间介电层、外电极层的顺序套设在一起，再将pi聚酰亚胺薄膜作为封装层封装在外电极层上，然后用0.02mm铜丝以0.01mm的间隔缠绕在封装层外侧，将铜丝的一端与传感器一端的内电极层相连，铜丝的另一端与传感器的另一端的外电极层相连，完成传感器的制备。

13、进一步地，步骤s5中，用pdms溶液以5 000r/min的转速旋涂在内电极层的外侧和外电极层的内侧，并将待制备的传感器放置于100℃烘箱中，固化30min后用pi聚酰亚胺薄膜作为封装层封装在外电极层上。

14、本发明具有如下有益效果：

15、1、本发明提供的传感器为线型结构，可以感受到360°方向上的压力，改善了普通三明治结构的电容传感器只能感测上下两电极层产生的应变；

16、2、本发明提供的传感器可以实现自供电，无需外加电源，改善了需要定期更换电池的有源传感器的弊端；

17、3、本发明提供的传感器电容作为敏感单元检测发生的应变，引起输入阻抗发生变化，电感与天线的近场耦合使得信号由传感器端无线传输到上位机，这种信号传输方式有效解决了有线传感器连线的复杂与不便，不仅节约了成本，而且使得信号测试变为非接触的方式，为在密闭、狭小的空间内的应变检测提供了可能；

18、4、本发明提供的传感器具有尺寸小、灵敏度高、监测范围大、柔韧性好的优点，可以粘附在各个位置，实时监测被测物体产生的应变。

技术特征：

1.一种线型lc柔性压力传感器，其特征在于，包括：由内而外设置的内电极层、中间介电层、外电极层、封装层和电感线圈，所述内电极层呈圆柱型，所述中间介电层、所述外电极层依次套设在所述内电极层上，所述封装层外侧间隔等距地缠绕铜丝，所述铜丝的一端与传感器一端的内电极层相连，所述铜丝的另一端与传感器另一端的外电极层相连。

2.根据权利要求1所述的一种线型lc柔性压力传感器，其特征在于，所述外电极层和内电极层均采用pdms加入碳黑或采用pdms加入多壁碳纳米管相结合的复合材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种线型lc柔性压力传感器，其特征在于，所述中间介电层采用pdms材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种线型lc柔性压力传感器，其特征在于，所述封装层采用pi聚酰亚胺薄膜材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种线型lc柔性压力传感器，其特征在于，所述电感线圈由0.02mm铜丝制成。

6.一种如权利要求1-5中任意一项所述的线型lc柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种线型lc柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤s5中，用pdms溶液以5 000r/min的转速旋涂在内电极层的外侧和外电极层的内侧，并将待制备的传感器放置于100℃烘箱中，固化30min后用pi聚酰亚胺薄膜作为封装层封装在外电极层上。

技术总结
本发明提供了一种线型LC柔性压力传感器及其制备方法，传感器包括：由内而外设置的内电极层、中间介电层、外电极层、封装层和电感线圈，内电极层呈圆柱型，中间介电层、外电极层依次套设在内电极层上，封装层外侧间隔等距地缠绕铜丝，铜丝的一端与传感器一端的内电极层相连，铜丝的另一端与传感器另一端的外电极层相连。本发明的技术方案克服现有技术中无源无线传感器的灵敏度较低的问题。

技术研发人员：张鹏,黄梁松,姜迎,张坤,李玉霞,汪君娜,蔡淑平
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12