压力传感器及其制备方法与流程

本发明涉及压力传感器，特别是涉及一种压力传感器及其制备方法。

背景技术：

1、目前，柔性压力传感器具有轻薄柔、便携、集成度高和设计性强等特点，能够贴附在人体皮肤或复杂曲面上实现响应过程，在可穿戴设备、人机交互、工业检测等领域极具应用潜力。

2、压阻式的薄膜压力传感器由于其结构简单、性能稳定的特点是目前市面上最常见的类型，主要分为压阻橡胶型以及微结构型传感器。对于传统的基于压阻橡胶结构的柔性传感器，主要靠压阻油墨的本体压阻效应实现功能。压阻油墨制备工艺复杂，成本较高且灵敏度、量程均表现不佳。

3、基于微结构型的柔性压力传感器具有高灵敏度、高线性度等优点，该类传感器电阻一般由接触电阻和串联体电阻构成，传感器主要依靠受力时接触电阻的变化来反馈力的大小。当施加大压力时，接触电阻接近串联体电阻，从而使总电阻随压力变化受幅度减小，这对传感器线性量程范围的带来极大影响。为了提高传感器线性量程，需要尽可能减小串联体电阻。目前具有一种通过设置多层导电层以构建高低导电层来实现减小串联电阻的方法。但该策略制备工艺复杂，成本较高，不利于工业化推广。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提高一种压力传感器及其制备方法，减小了串联体的电阻，提高传感器的线性量程，而且制备工艺简单，成本较低，有利于工业化生产的推广。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种压力传感器，包括

3、基底层；

4、导电层，其位于所述基底层一侧，所述导电层包括间隔布置的高电阻区和低电阻区，所述高电阻层通过激光加工形成；

5、电极层，其位于所述导电层背向所述基底层的一侧；

6、粘合层，其位于所述电极层和所述导电层之间以粘连所述导电层和所述电极层。

7、本发明实施例一种压力传感器与现有技术相比，其有益效果在于：基底层上设置有导电层，导电层通过粘合层连接电极层，导电层在正常加工过程中加入激光加工工序，在激光加工后形成间隔分布的高电阻区和低电阻区，低电阻区和高电阻区的存在，减小了串联体的电阻，提高传感器的线性量程，而且制备工艺简单，成本较低，有利于工业化生产的推广。

8、本发明实施例的压力传感器，所述导电层包括导电填料、反应剂、催化剂、分散剂、抗氧剂和溶剂。

9、本发明实施例的压力传感器，所述导电填料、所述反应剂、所述催化剂、所述分散剂、所述抗氧剂和所述溶剂的质量比例为5-20：5-10：0.2-0.5：5-20：0.5-1：100。

10、本发明实施例的压力传感器，所述导电填料包括石墨烯、碳纳米管或炭黑的至少其中之一。

11、本发明实施例的压力传感器，所述反应剂用于在激光条件下与所述导电填料反应形成所述高电阻区，所述反应剂包括氧化硅、氧化硼、氧化钛或氧化钨的至少其中之一。

12、本发明实施例的压力传感器，所述催化剂用于催化所述导电填料和所述反应剂在激光条件下进行反应，所述催化剂包括镧系氧化物、钪系氧化物或钇系氧化物的至少其中之一。

13、本发明实施例的压力传感器，所述分散剂用于分散导电填料、反应剂、催化剂和抗氧剂，所述分散剂包括聚氨酯、sebs、pet或ps的至少其中之一。

14、本发明实施例的压力传感器，所述抗氧剂用于防止所诉分散剂在激光作用下被氧化，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂或亚磷酸类抗氧剂。

15、本发明实施例的压力传感器，所述溶剂包括dmf、dmac、甲苯、thf、丙酮、水或乙醇的至少其中之一。

16、本发明实施例的压力传感器，所述基底层的材料包括pet、pc、pp、pmma、pi、pu或硅胶的至少其中之一。

17、本发明实施例的压力传感器，所述电极层包括柔性fpc或者丝网印刷的导电线路，所述导电线路为插指型、嵌套型或发散电路型。

18、本发明还提供了一种压力传感器的制备方法，用于制备权利要求1-12任一项所述的压力传感器，包括以下步骤：

19、对所述基底层进行清理和初步处理；

20、将所述导电填料、所述反应剂、所述激光催化剂混合以形成所述导电层的墨水；

21、将所述墨水覆盖于所述基底层以形成导电层；

22、通过激光对所述导电层进行加工通过激光引发特定区域内的所述导电填料与所述反应剂反应，形成高电阻区，而未经过激光加工的区域形成低电阻区；

23、将所述导电层与所述电极层通过粘合层粘连。

24、本发明实施例一种压力传感器的制备方法与现有技术相比，其有益效果在于：制备压力传感器时，先加工基底层，然后加工导电层，通过激光对导电层进行间隔加工，使导电层中的导电填料和反应剂在催化剂的作用下生成低导电率的材料，形成高电阻区，高电阻区与未受到激光加工的低电阻区间隔设置，可达到减小串联体电阻并提高传感器的线性量程的效果。本申请的制备方法，工艺简单，成本较低，有利于工业化生产的推广。

25、本发明实施例的压力传感器的制备方法，在将所述导电填料、所述反应剂、所述激光催化剂混合以形成所述导电层的墨水后，将分散剂、抗氧剂溶解于溶剂中，然后将填料和溶剂混合加入，并进行剪切分散。

26、本发明实施例的压力传感器的制备方法，通过激光对电极层进行加工时，通过激光引发特定区域内涂层中的高导电碳材料与反应剂反应，生成碳化硼、碳化钛、碳化钨、碳化硅等低导电率的材料，激光光源选择光纤，波长为1064nm，激光输出功率5-10w，速度200-500mm/s，频率300khz，脉冲宽度1us。

27、本发明实施例的压力传感器的制备方法，将所述墨水覆盖于所述基底层以形成导电层时，利用喷涂、旋涂或丝网印刷的方法将墨水均匀涂敷于基材表面，加热温度为60℃-100℃，加热时间为12h-24h。

28、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种压力传感器，其特征在于，包括

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：所述导电层包括导电填料、反应剂、催化剂、分散剂、抗氧剂和溶剂。

3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于：所述导电填料、所述反应剂、所述催化剂、所述分散剂、所述抗氧剂和所述溶剂的质量比例为5-20：5-10：0.2-0.5：5-20：0.5-1：100。

4.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于：所述导电填料包括石墨烯、碳纳米管或炭黑的至少其中之一。

5.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于：所述反应剂用于在激光条件下与所述导电填料反应形成所述高电阻区，所述反应剂包括氧化硅、氧化硼、氧化钛或氧化钨的至少其中之一。

6.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于：所述催化剂用于催化所述导电填料和所述反应剂在激光条件下进行反应，所述催化剂包括镧系氧化物、钪系氧化物或钇系氧化物的至少其中之一。

7.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于：所述分散剂用于分散导电填料、反应剂、催化剂和抗氧剂，所述分散剂包括聚氨酯、sebs、pet或ps的至少其中之一。

8.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于：所述抗氧剂用于防止所诉分散剂在激光作用下被氧化，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂或亚磷酸类抗氧剂。

9.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于：所述溶剂包括dmf、dmac、甲苯、thf、丙酮、水或乙醇的至少其中之一。

10.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：所述基底层的材料包括pet、pc、pp、pmma、pi、pu或硅胶的至少其中之一。

11.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：所述电极层包括柔性fpc或者丝网印刷的导电线路，所述导电线路为插指型、嵌套型或发散电路型。

12.一种压力传感器的制备方法，用于制备权利要求1-11任一项所述的压力传感器，其特征在于，包括以下步骤：

13.根据权利要求12所述的压力传感器的制备方法，其特征在于：在将所述导电填料、所述反应剂、所述激光催化剂混合以形成所述导电层的墨水后，将分散剂、抗氧剂溶解于溶剂中，然后将填料和溶剂混合加入，并进行剪切分散。

14.根据权利要求12所述的压力传感器的制备方法，其特征在于：通过激光对电极层进行加工时，通过激光引发导电层中的高导电碳材料与反应剂反应，生成低导电率的材料，激光光源选择光纤，波长为1064nm，激光输出功率5-10w，速度200-500mm/s，频率300khz，脉冲宽度1us。

15.根据权利要求12所述的压力传感器的制备方法，其特征在于：将所述墨水覆盖于所述基底层以形成导电层时，利用喷涂、旋涂或丝网印刷的方法将墨水均匀涂敷于基材表面，加热温度为60℃-100℃，加热时间为12h-24h。

技术总结
本发明涉及压力传感器技术领域，公开了一种压力传感器及其制备方法，包括基底层；导电层，其位于所述基底层一侧，所述导电层包括间隔布置的高电阻区和低电阻区，所述高电阻层通过激光加工形成；电极层，其位于所述导电层背向所述基底层的一侧；粘合层，其位于所述电极层和所述导电层之间以粘连所述导电层和所述电极层。基底层上设置有导电层，导电层通过粘合层连接电极层，导电层在正常加工过程中加入激光加工工序，在激光加工后形成间隔分布的高电阻区和低电阻区，低电阻区和高电阻区的存在，减小了串联体的电阻，提高传感器的线性量程，而且制备工艺简单，成本较低，有利于工业化生产的推广。

技术研发人员：叶焕青,饶尚锦,贺静波
受保护的技术使用者：广州埔慧科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16