柔性压力传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种柔性压力传感器。该压力传感器包括：上下层衬底；置于衬底上的电极；电极之间的绝缘填充材料。该压力传感器采用柔性衬底，电极材料采用金属材料或碳粉材料加工而成，电极加工方法采用压印方式，可实现该类器件大规模批量化生产的目的。本发明提出的新型柔性压力传感器具有灵敏度高，可大规模制造，用途广泛等优点。
【专利说明】
柔性压力传感器
技术领域
[0001]本发明涉及压力检测技术领域，特别是柔性传感器领域，具体为一种柔性压力传感器。
【背景技术】
[0002]常规压力传感器作为采集控制点压力数据的专用器件，常用的压力传感器种类繁多，按敏感机理不同主要分为压阻式、压电式、电容式、光传感器式、磁传感式、超生传感式和机械传感式等。理想的压力传感器，应该具有成本低廉、制备简单和耐用性强等特点。常规压力传感器在电力、汽车、家居、工业制造等行业具有广泛的应用前景，但是常规压力传感器大都基于硬性的支撑衬底，不适用于大面积或不规则表面的压力检测，存在加工成本高、流程复杂等问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种具有较高灵敏度，加工简易，成本低廉的柔性压力传感器。
[0004]本发明是采用如下技术方案实现的:
一种柔性压力传感器，包括上层柔性衬底和下层柔性衬底，所述上层柔性衬底上分布有上电极，所述下层柔性衬底上分布下电极，所述上电极和下电极间隔相对布置;所述上下层柔性衬底之间设置柔性伸缩绝缘层。
[0005]传感器的工作原理为，当有力压在上下衬底上时，柔性可伸缩绝缘层会发生收缩，使得上下电极相互靠近，上下电极间的有效面积增加，器件的电容值发生变化，进而通过电容值的变化确定作用的压力值。
[0006]优选的，所述上下层柔性衬底采用聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亚胺材料制作。
[0007 ]所述上下电极采用金属材料或者碳粉材料制作。
[0008]所述柔性伸缩绝缘层采用聚二甲基硅氧烷材料制作。
[0009]柔性压力传感器的具体制备方法如下:
(I )、柔性衬底材料的预处理:将上下层柔性衬底先后采用乙醇及水在超声模式下清洗后烘干；
(2)、采用金属材料或碳粉材料，配以易挥发浆料作为粘连材料，加工上下电极；
将上下电极通过采用纳米压印或者丝网印刷的方式分别制备于上下层衬底之上；
(3)、压力敏感材料的制备:
第一步，可伸缩绝缘层材料选用聚二甲基硅氧烷通过旋转涂敷或者丝网印刷加工方式将第一层PDMS制备于电极结构之上；
第二步，采用一层一层的方式，将吡咯单体倒入氯化铁溶液中，将上述制备有一层PDMS结构的器件浸泡入上述溶液中，静置30秒，再取出，在形成的第一层PDMS之上制备出单层聚吡咯聚合物；
第三步，在此基础上再通过旋转涂敷或者丝网印刷加工方式将第二层PDMS制备于聚吡咯聚合物之上，重复上述动作，最后形成三层PDMS夹有两层聚吡咯聚合物的敏感层结构，形成压力敏感层；
(4)、在压印成型之后，器件置于60-120°C温度范围的真空干燥箱中加热10-60min，以挥发部分浆料的粘连材料。
[0010]优选的，步骤(I)中，柔性衬底材料选择聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亚胺。
[0011]步骤(2)中，所述易挥发浆料采用聚酯材料。
[0012]本柔性压力传感器与现有技术相比，具有以下技术效果:
通过采用压印技术实现大规模生产的目的，同时通过采用金属材料或碳粉材料作为电极材料，一方面与纳米压印技术兼容，另一方面达到降低电极材料成本的目的。
【附图说明】
[0013I图1表示本发明的结构示意图。
[0014]图中，1-上层柔性衬底，2-下层柔性衬底，3-上电极，4-下电极，5-柔性伸缩绝缘层。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
[0016]—种新型的柔性压力传感器，该器件主要包含上下层衬底、置于衬底上的电极及电极之间的柔性绝缘材料。如图1所示，具体为，包括上层柔性衬底I和下层柔性衬底2，所述上层柔性衬底I上分布有上电极3，所述下层柔性衬底2上分布下电极4，所述上电极3和下电极4间隔相对布置;所述上下层柔性衬底1、2之间设置柔性伸缩绝缘层5。
[0017]上下层柔性衬底主要可以采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚酰亚胺(PI)等具有较好柔韧性及绝缘性的材料。
[0018]电极主要采用金属材料(如导电银浆)或碳粉材料，电极位于衬底之上，并与衬底紧密接触，电极结构采用叉指形状，电极材料通过采用纳米压印或者丝网印刷的方式制备于衬底之上。压印模具或网印模板线条宽度根据所需要加工的柔性压力传感器电极尺寸而定。
[0019]柔性可伸缩绝缘层材料选用具有较好的延展性的PDMS，作为柔性压力传感器的弹性电容层的介质材料，当有力压在上下衬底上时，柔性可伸缩绝缘层会发生收缩，使得上下电极相互靠近，上下电极间的有效面积增加，器件的电容值发生变化，进而通过电容值的变化确定作用的压力值。
[0020]具体制作方法如下:
I)柔性衬底材料的预处理:首先将柔性衬底材料(聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚酰亚胺(PI)先后采用乙醇及水在超声模式下清洗5分钟，然后将衬底材料烘干。
[0021]2)、电极采用金属材料或碳粉材料加工而成，金属或碳粉颗粒的直径尺寸小于10微米，同时该电极材料需配以易挥发浆料作为粘连材料，易挥发浆料采用聚酯材料。电极通过采用纳米压印或者丝网印刷的方式制备于衬底之上。
[0022]3)压力敏感材料的制备:
可伸缩绝缘层材料选用聚二甲基娃氧烧(Polydimethyl si loxane，PDMS)。通过旋转涂敷或者丝网印刷等加工方式将第一层PDMS制备于电极结构之上。
[0023]采用一层一层的方式，将吡咯单体倒入氯化铁溶液中，将上述制备有一层PDMS结构的器件浸泡入上述溶液中，静置30秒，再取出，在形成的第一层PDMS之上制备出单层聚吡咯聚合物。
[0024]在此基础上再通过旋转涂敷或者丝网印刷等加工方式将第二层PDMS制备于聚吡咯聚合物之上，重复上述动作，最后形成三层PDMS夹有两层聚吡咯聚合物的敏感层结构，形成压力敏感层。
[0025]4)在压印成型之后，器件置于60-120°C温度范围的真空干燥箱中加热10-60min，以挥发部分浆料的粘连材料。
[0026]器件完成之后，需进行封装测试工作，加工的器件可应用于不规则表面温度检测特定场景。
[0027]该柔性压力传感器具有灵敏度高，可大规模制造，用途广泛等诸多优点。
[0028]对本发明公开的柔性压力传感器结构及其制作方法，文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种柔性压力传感器，其特征在于:包括上层柔性衬底(I)和下层柔性衬底(2)，所述上层柔性衬底(I)上分布有上电极(3)，所述下层柔性衬底(2)上分布下电极(4)，所述上电极(3)和下电极(4)间隔相对布置;所述上下层柔性衬底(1、2)之间设置柔性伸缩绝缘层(5)02.根据权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于:所述上下层柔性衬底(1、2)采用聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亚胺材料制作。3.根据权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于:所述上下电极(3、4)采用金属材料或者碳粉材料制作。4.根据权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于:所述柔性伸缩绝缘层(5)采用聚二甲基硅氧烷材料制作。5.一种柔性压力传感器的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: (I )、柔性衬底材料的预处理:将上下层柔性衬底先后采用乙醇及水在超声模式下清洗后烘干； (2)、采用金属材料或碳粉材料，配以易挥发浆料作为粘连材料，加工上下电极； 将上下电极通过采用纳米压印或者丝网印刷的方式分别制备于上下层衬底之上； (3)、压力敏感材料的制备: 第一步，可伸缩绝缘层材料选用聚二甲基硅氧烷通过旋转涂敷或者丝网印刷加工方式将第一层PDMS制备于电极结构之上； 第二步，采用一层一层的方式，将吡咯单体倒入氯化铁溶液中，将上述制备有一层PDMS结构的器件浸泡入上述溶液中，静置30秒，再取出，在形成的第一层PDMS之上制备出单层聚吡咯聚合物； 第三步，在此基础上再通过旋转涂敷或者丝网印刷加工方式将第二层I3DMS制备于聚吡咯聚合物之上，重复上述动作，最后形成三层PDMS夹有两层聚吡咯聚合物的敏感层结构，形成压力敏感层； (4)、在压印成型之后，器件置于60-120°C温度范围的真空干燥箱中加热10-60min，制备完成，封装即可。6.根据权利要求5所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于:步骤(I)中，柔性衬底材料选择聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亚胺。7.根据权利要求5所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于:步骤(2)中，所述易挥发浆料采用聚酯材料。
【文档编号】G01L1/14GK106092386SQ201610606324
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月28日 公开号201610606324.9, CN 106092386 A, CN 106092386A, CN 201610606324, CN-A-106092386, CN106092386 A, CN106092386A, CN201610606324, CN201610606324.9
【发明人】周子冠, 刘月琴, 曹钰
【申请人】国网山西省电力公司忻州供电公司, 中科鼎源（北京）科技有限公司