基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器及其制備方法

基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器及其制備方法，屬于傳感器技術領域，包括上柔性基底和下柔性基底，附著于上柔性基底內表面的上導電層和附著于下柔性基底內表面的下導電層，在上導電層和下導電層之間設有復合材料介電層。與現有技術相比，本發明對電容式柔性壓力傳感器的介電層高分子樹脂進行了摻雜，摻雜材料包括金屬導體、鐵電陶瓷、碳材料和有機半導體，利用上述摻雜材料有效的提高了電容式柔性壓力傳感器的靈敏度，有利于傳感器的應用推廣。
【專利說明】
基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種電容式柔性壓力傳感器及其制備方法，特別涉及一種基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器及其制備方法，屬于傳感器技術領域。
【背景技術】
[0002]進入21世紀，全球人口老齡化問題加劇，醫療保健系統成本持續上升，各國研究者正在積極尋找新的解決方案，以求提高疾病的預防與干預。
[0003]近年來，基于電容式柔性壓力傳感器的可穿戴健康醫療設備應運而生，給人們帶來了新希望，并逐步滲透到電子皮膚、智能機器人等各個領域。例如，含壓力傳感器的地毯可及時通知醫護人員和家人，告知老人、孩子是否跌倒，從而避免嚴重事故的發生。
[0004]各國學者對提高電容式柔性壓力傳感器靈敏度進行了大量深入的研究，取得了理想的實驗結果并建立了一定的理論依據。
[0005]2016年3月9日公開的，專利申請號為CN201510673308.7，名稱為“基于印刷透明電極的可拉伸壓力傳感器及其制備方法”的中國發明專利公開了一種基于印刷透明電極的可拉伸壓力傳感器及其制備方法，基于印刷透明電極的可拉伸壓力傳感器的特征在于，包括上、下兩個可拉伸基底，附著于可拉伸基底內表面的印刷透明電極，以及夾在兩個印刷透明電極之間的介電層。該發明的可拉伸壓力傳感器既具有可拉伸、透明化特點，又具有較高的靈敏度與穩定性。另一方面，該可拉伸透明電極是利用印刷方式制備的，無需任何復雜的微納加工過程，成本低、效率高、能耗小，特別適合于大面積、大規模的生產，有利于傳感器的應用推廣。該技術方案的缺點在于:其介電層的介電常數變化率有待進一步提高，傳感器的靈敏度和穩定性也有待進一步提尚。
[0006]因此，開發一種基于復合材料介電層且具有柔性化、高靈敏度、高穩定性的電容式壓力傳感器及其制備方法就成為該技術領域急需解決的技術難題。

【發明內容】

[0007]本發明的目的之一是提供一種基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器，使其具有高靈敏度、高穩定性的優點。
[0008]本發明的上述目的是通過以下技術方案達到的:
[0009]—種基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器，包括上柔性基底和下柔性基底，附著于上柔性基底內表面的上導電層和附著于下柔性基底內表面的下導電層，其特征在于:在所述上導電層和下導電層之間設有復合材料介電層。
[0010]優選的，所述復合材料介電層的材質為高分子樹脂和功能填料的混合物，功能填料的質量分數為0.5%?85%，復合材料介電層的厚度是I?IΟΟμ??。
[0011]優選的，所述高分子樹脂為聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯(PS)、環氧樹脂、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯(PP)、聚酰亞胺(PI)、聚2，6_萘二酸乙二酯(PEN)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有機玻璃、硅橡膠或UV固化膠。
[0012]優選的，所述功能填料為金屬導體、鐵電陶瓷、碳材料或有機半導體。
[0013]優選的，所述金屬導體的材質為銀、銅、金、鋁、鉛、鋅、錫、鎳等或上述金屬的合金；所述鐵電陶瓷的材質為鈦酸鋇或鈦酸鍶鋇;所述碳材料為炭黑、石墨、碳納米管、石墨烯或富勒烯;所述有機半導體為酞菁銅(CuPc)。
[0014]優選的，所述金屬導體、鐵電陶瓷的形狀為顆粒狀、線狀、片狀、各種規則的立體形狀、不規則形狀或兩種以上形狀的組合;其中，顆粒的直徑為5nm?ΙΟμπι，線狀的直徑為5nm?500nm，線狀的長度為I?50μηι。
[0015]優選的，所述功能填料為銀納米顆粒，含量為10?50重量％，優選40重量％。
[0016]優選的，所述功能填料為碳納米管，含量為I?5重量％，優選4重量％。
[0017]優選的，所述上柔性基底和下柔性基底的材質為聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有機玻璃、硅橡膠、UV固化膠、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚酰亞胺(ΡΙ)，厚度為 I ?ΙΟΟμπι。
[0018]優選的，所述導電層的材質為銀、銅、金、鋁、鉛、鋅、錫等金屬或上述金屬的合金。
[0019]優選的，所述導電層的材質為碳納米管、石墨烯、導電高分子材料中的一種或兩種以上任意比例的混合物。
[0020]優選的，所述導電高分子材料為聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯硫醚、聚酞菁、聚乙炔或基于上述結構的衍生物。
[0021]本發明的另一目的是提供一種上述基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器的制備方法。
[0022]本發明的上述目的是通過以下技術方案達到的:
[0023]—種基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器的制備方法，步驟如下:
[0024](I)、制備上柔性基底和下柔性基底；
[0025](2)、在步驟(I)中得到的上柔性基底和下柔性基底的表面，通過印刷、涂布、蒸鍍或化學沉積方式制備上導電層和下導電層；
[0026](3)、使用導電膠分別在步驟(2)制得的上導電層和下導電層的表面形成上電極和下電極，并從上電極和下電極分別引出導線，用于測試傳感器性能；
[0027](4)、制備復合材料介電層；
[0028](5)、將步驟(3)中制得的帶有導電層、電極和導線的上柔性基底、下柔性基底與步驟(4)中制得的復合材料介電層，按照“夾心三明治”結構進行貼合封裝，復合材料介電層位于上導電層和下導電層之間，得到基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器。
[0029]優選的，所述步驟(I)中所述上柔性基底和下柔性基底的材質為聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有機玻璃、硅橡膠、UV固化膠、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚酰亞胺(PI)，厚度為I?ΙΟΟμπι。
[0030]優選的，所述步驟(2)中所述導電層的材質為銀、銅、金、鋁、鉛、鋅、錫等金屬或上述金屬的合金。
[0031]優選的，所述步驟(2)中所述導電層的材質為碳納米管、石墨烯、導電高分子材料中的一種或兩種以上任意比例的混合物。
[0032]優選的，所述導電高分子材料為聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯硫醚、聚酞菁、聚乙炔或基于上述結構的衍生物。
[0033]優選的，所述步驟(4)中所述復合材料介電層的材質為高分子樹脂和功能填料的混合物，功能填料的質量分數為0.5 %?85 %，復合材料介電層的厚度是I?10ym。
[0034]優選的，所述高分子樹脂為聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯(PS)、環氧樹脂、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯(PP)、聚酰亞胺(PI)、聚2，6_萘二酸乙二酯(PEN)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有機玻璃、硅橡膠或UV固化膠。
[0035]優選的，所述功能填料為金屬導體、鐵電陶瓷、碳材料或有機半導體。
[0036]優選的，所述金屬導體的材質為銀、銅、金、鋁、鉛、鋅、錫、鎳等或上述金屬的合金；所述鐵電陶瓷的材質為鈦酸鋇或鈦酸鍶鋇;所述碳材料為炭黑、石墨、碳納米管、石墨烯或富勒烯;所述有機半導體為酞菁銅(CuPc)。
[0037]優選的，所述金屬導體、鐵電陶瓷的形狀為顆粒狀、線狀、片狀、各種規則的立體形狀、不規則形狀或兩種以上形狀的組合;其中，顆粒的直徑為5nm?ΙΟμπι，線的直徑為5nm?500nm，線的長度為I?50μηι。
[0038]與現有技術相比，本發明的積極效果在于:該電容式柔性壓力傳感器的介電層采用了高分子樹脂和功能填料混合的復合材料，功能填料包括金屬導體、鐵電陶瓷、碳材料或有機半導體，利用上述復合材料提高了傳感器受力過程中介電常數的變化率，從而有效的提高了電容式柔性壓力傳感器的靈敏度，有利于傳感器的應用推廣。
[0039]下面通過附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明，但并不意味著對本發明保護范圍的限制。
【附圖說明】
[0040]圖1為本發明基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器的截面結構示意圖。
[0041]圖2中a為本發明實施例1中功能填料銀納米顆粒掃描電子顯微鏡(SEM)圖片；圖2中b為本發明實施例1中聚二甲基硅氧烷/銀納米顆粒復合材料介電層的截面掃描電子顯微鏡(SEM)圖片。
[0042]圖3中a為本發明實施例2中功能填料碳納米管掃描電子顯微鏡(SEM)圖片；圖3中b為本發明實施例2中聚二甲基硅氧烷/碳納米管復合材料介電層的截面掃描電子顯微鏡(SEM)圖片。
[0043]圖4為本發明實施例1基于聚二甲基硅氧烷/銀納米顆粒復合材料介電層的介電常數關系圖(測試頻率為IkHz)。
[0044]圖5為本發明實施例2基于聚二甲基硅氧烷/碳納米管復合材料的介電層介電常數關系圖(測試頻率為IkHz)。
[0045]圖6為本發明實施例1基于聚二甲基硅氧烷/銀納米顆粒復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器電容變化率與壓力關系圖。
[0046]圖7為本發明實施例2基于聚二甲基硅氧烷/碳納米管復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器的壓力與電容變化關系圖。
[0047]附圖中主要零部件名稱:
[0048]I上柔性基底2下柔性基底
[0049]3上導電層 4下導電層
[0050]5復合材料介電層
【具體實施方式】
[0051]如圖1所示，是本發明基于復合材料介電層的電容式壓力傳感器的截面結構示意圖，該電容式柔性壓力傳感器包括:上柔性基底I，下柔性基底2，附著于上柔性基底內表面的上導電層3，附著于下柔性基底內表面的下導電層4，以及位于上導電層3和下導電層4之間的復合材料介電層5。
[0052]基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器工作原理為:當柔性基底受到壓力時，附著于柔性基底內表面的導電層間距以及介電層的介電常數將會發生變化，從而引起傳感器電容值的變化，通過外部測試電容值變化可反映傳感器受力情況。
[0053]本發明通過對介電層高分子樹脂進行摻雜，加入金屬導體、鐵電陶瓷、碳材料或有機半導體等功能填料，極大的增大受力過程中介電常數的變化率，從而有效提高了柔性壓力傳感器的靈敏度。
[0054]上柔性基底I和下柔性基底2的材質為聚二甲基硅氧烷(PDMS)，厚度為50μπι(材質也可以是聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有機玻璃、硅橡膠、UV固化膠、聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亞胺，厚度為I?lOOwn)。
[0055]上導電層3和下導電層4為銀導電涂層(也可以是銅、金、鋁、鉛、鋅、錫等金屬或上述金屬的合金形成的涂層，或者碳納米管、石墨烯、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯硫醚、聚酞菁、聚乙炔或基于上述結構的衍生物中的一種或兩種以上的組合形成的涂層)。
[0056]復合材料介電層5的材質為聚二甲基硅氧烷(PDMS)和銀納米顆粒的混合物，銀納米顆粒的平均粒徑為150nm，質量分數為40%，復合材料介電層的厚度是ΙΟΟμπι。所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)也可以是其它高分子樹脂，如:聚苯乙烯(PS)、環氧樹脂、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯(PP)、聚酰亞胺(PI)、聚2，6_萘二酸乙二酯(PEN)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有機玻璃、硅橡膠或UV固化膠;所述銀納米顆粒也可以是其它材質的功能填料，如:銅、金、鋁、鉛、鋅、錫、鎳等或上述金屬的合金，鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇，炭黑、石墨、碳納米管、石墨烯、富勒烯，酞菁銅(CuPc);功能填料的形狀還可以為顆粒狀、線狀、片狀、各種規則的立體形狀、不規則形狀或兩種以上形狀的組合;其中，顆粒的直徑為5nm?ΙΟμπι;線的直徑為5nm?500nm，線的長度為I?50μηιο
[0057]本發明的上述基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器的制造方法，步驟如下:
[0058](I)、制備上柔性基底和下柔性基底；
[0059](2)、在步驟(I)中得到的上柔性基底和下柔性基底的表面，通過印刷、涂布、蒸鍍或化學沉積方式制備上導電層和下導電層；
[0060](3)、使用導電膠分別在步驟(2)制得的上導電層和下導電層的表面形成上電極和下電極，并從上電極和下電極分別引出導線，用于測試傳感器性能；
[0061](4)、制備復合材料介電層；
[0062](5)、將步驟(3)中制得的帶有導電層、電極和導線的柔性基底與步驟(4)中制得的復合材料介電層，按照“夾心三明治”結構進行貼合封裝，復合材料介電層位于上導電層和下導電層之間，得到基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器。
[0063]實施例1:
[0064](I)制備柔性基底
[0065]將市售聚二甲基硅氧烷(PDMS)單體與固化劑(Dow Corning，SYLGARD 184，美國)按照質量比10:1進行充分混合，利用奧斯派-100邁耶棒(0SP-100，石家莊奧斯派機械科技有限公司)在市售噴墨打印相紙(佳能，LU-101專業絨面相紙，日本)表面進行涂布，然后置于真空烘箱中室溫抽氣5分鐘去除涂層中氣泡，再70°C固化2小時，并從相紙表面揭下，得到柔性基底，厚度為ΙΟΟμπι。
[0066](2)制備導電層及電極
[0067]采用絲網印刷方式(絲網印刷機:0S_500FB，中國歐萊特印刷機械工業有限公司)，在柔性基底表面印刷納米銀導電油墨(AP02，北京北印中源科技有限公司)，得到導電層，表面電阻10 Ω /sq。使用銀導電膠(Ablestik，Ablebond 84_lLimisr4)分別在兩導電層上形成上導電極、下導電極，并從兩個導電極上各引出銅導線，用于傳感器性能測試。
[0068](3)制備聚二甲基硅氧烷(PDMS) /銀納米顆粒復合材料介電層
[0069]將市售聚二甲基硅氧烷(PDMS)單體與固化劑(Dow Corning，SYLGARD 184，美國)按照質量比10:1進行充分混合，再將銀納米顆粒(如圖2中a所示，為銀納米顆粒的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片;AgNP-15O，北京北印中源科技有限公司，平均粒徑為15Onm)按照質量分數為10%、20%、30%、40%或50%分別與PDMS進行混合，利用機械攪拌器(RW 20digital，德國艾卡)1600rpm攪拌3小時，得到混合均勻的PDMS/銀納米顆粒復合材料;再利用奧斯派-100邁耶棒(0SP-100，石家莊奧斯派機械科技有限公司)在PET薄膜(樂凱，中國，厚度為100μm)表面進行涂布，然后置于真空烘箱中室溫抽氣5分鐘，90°C固化2小時，將得到的復合材料介電層并從PET表面揭下，厚度為ΙΟΟμπι。
[0070]選取不同銀納米顆粒含量的復合材料，利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察其截面，利用Agilent Ε4990Α阻抗分析儀測試其介電常數。
[0071]如圖2中b所示，為本實施例中銀納米顆粒含量為40wt.%時的復合材料的截面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片。從圖2中的b可知，銀納米顆粒均勻的分散在PDMS基體內部。
[0072]如圖4所示，本實施例用不同銀納米顆粒含量的功能填料制備的復合材料介電層的介電常數關系圖(測試頻率為IkHz)。由圖4可知，隨著銀納米顆粒含量的增加，復合材料介電常數先增加再減小，當銀納米顆粒的含量為40wt時，復合材料介電常數達到最大值為280。這表明銀納米顆粒的加入，有效的提高了復合材料的介電常數，有利于電容式柔性壓力傳感器靈敏度的提高。本實施例中，選擇銀納米顆粒含量為40wt.%的復合材料作為傳感器介電層材料(通過圖4可知，銀納米顆粒40wt含量為本實施例中復合材料的滲流閾值)，在后續工藝步驟中用于制備電容式柔性壓力傳感器。
[0073](4)封裝電容式柔性壓力傳感器
[0074]將兩柔性基底、PDMS/銀納米顆粒復合材料介電層按照“夾心三明治”的結構進行貼合封裝(如圖1所示)，其中柔性基底帶有導電層的一側面對面，介電層位于兩導電層之間。器件的封裝與貼合是通過PDMS自身的親和性與分子間作用力實現的，無需使用任何膠黏劑。得到基于PDMS/銀納米顆粒復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器。
[0075]如圖6所示，為本實施例基于TOMS/銀納米顆粒復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器電容變化率與壓力關系圖。從圖6可知，在壓力<2000Pa范圍內，隨著銀納米顆粒含量的增加，各條曲線斜率逐漸提高，表明傳感器靈敏度隨銀納米顆粒含量的增加逐漸升高，當銀納米顆粒的含量為40wt.%時，傳感器敏感度為0.58kPa—、需要說明的是，靈敏度在數值上等于曲線斜率是本領域所的公知常識。
[0076]實施例2:
[0077](I)制備柔性基底
[0078]將市售二甲基硅氧烷(PDMS)單體與固化劑(Dow Corning，SYLGARD 184，美國)按照質量比10:1進行充分混合，利用奧斯派-1.5邁耶棒(0SP-1.5，石家莊奧斯派機械科技有限公司)在市售噴墨打印相紙(佳能，LU-101專業絨面相紙，日本)表面進行涂布，然后置于真空烘箱中室溫抽氣5分鐘去除涂層中氣泡，再70°C固化2小時，并從相紙表面揭下，得到柔性基底，厚度為Iym。
[0079](2)制備導電層與電極
[0080]在柔性基底表面利用奧斯派-1.5邁耶棒(0SP-1.5，石家莊奧斯派機械科技有限公司)涂布制備碳納米管導電層(TNWPM，中科院成都有機化學有限公司)，表面電阻為50 Ω /sq。使用銀導電膠(Ablestik，Ablebond 84_lLimisr4)分別在兩導電層上形成上、下導電極，并從導電極上引出銅導線，用于傳感器性能測試。
[0081](3)制備聚二甲基硅氧烷(PDMS)/碳納米管復合材料介電層
[0082]將市售二甲基硅氧烷(PDMS)單體與固化劑(Dow Corning，SYLGARD 184，美國)按照質量比10:1進行充分混合，再將碳納米管(如圖3中a所示，為碳納米管的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片，TNMHl，中國科學院成都有機化學有限公司，純度>95%，直徑<8nm，長度10?30μm，密度0.27g/cm3)按照質量分數為1%、2%、3%、4%、5%分別與PDMS進行混合，利用機械攪拌器(RW 20digital，德國艾卡)1600rpm攪拌3小時，得到混合均勻的PDMS/碳納米管復合材料;再利用奧斯派-1.5邁耶棒(0SP-1.5，石家莊奧斯派機械科技有限公司)在PET薄膜(樂凱，中國，厚度為ΙΟΟμπι)表面進行涂布，然后置于真空烘箱中室溫抽氣5分鐘，90°C固化2小時，將得到的復合材料介電層并從PET表面揭下，厚度為1.5μπι。
[0083]選取不同碳納米管含量的復合材料，利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察其截面，利用Agilent Ε4990Α阻抗分析儀測試其介電常數。如圖3中b所示，是本實施例中碳納米管含量為4wt.%時，復合材料介電層的截面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片。從圖3中b可知，碳納米管均勻的分散在PDMS基體內部。
[0084]如圖5所示，是本實施例中不同碳納米管含量時，復合材料的介電常數(測試頻率為IkHz)。由圖5可知，隨著碳納米管含量的增加，復合材料介電常數先增加再減小，當碳納米管的含量為4wt.%時，復合材料介電常數達到最大值為1180。這表明碳納米管的加入，有效的提高了復合材料的介電常數，有利于電容式柔性壓力傳感器靈敏度的提高。本實施例中，選擇碳納米管含量為4wt.%的復合材料作為傳感器介電層材料(通過圖5可知，碳納米管4wt.%含量為本實施例中復合材料的滲流閾值)，在后續工藝步驟中用于制備電容式柔性壓力傳感器。
[0085](4)封裝電容式柔性壓力傳感器
[0086]將兩柔性基底、PDMS/碳納米管復合介電層按照“夾心三明治”的結構進行貼合封裝(如圖1所示)，其中柔性基底帶有導電層的一側面對面，介電層位于兩導電層之間。器件的封裝與貼合是通過PDMS自身的親和性與分子間作用力實現的，無需使用任何膠黏劑。得到基于微結構化介電層的電容式柔性壓力傳感器。
[0087]如圖7所示，為本實施例2中基于摻雜碳納米管的復合介電層的電容式柔性壓力傳感器和未摻雜的傳感器的電容變化率與壓力關系圖。從圖7可知，隨著介電層摻雜碳納米管質量分數的增加，特性曲線斜率逐漸增加，表明通過碳納米管摻雜有效的提高了電容式柔性壓力傳感器的靈敏度。本實施例中，介電層摻雜4wt.%碳納米管后傳感器靈敏度為
0.65kPa—1，未進行介電層摻雜的傳感器靈敏度為0.26kPa-1。需要說明的是，靈敏度在數值上等于曲線斜率是本領域所的公知常識。
[0088]實施例3
[0089]其它與實施例1完全相同，不同之處在于:
[0090](I)將“聚二甲基硅氧烷(PDMS)/銀納米顆粒復合材料”替換為“聚苯乙烯(PS)、環氧樹脂、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯(PP)、聚酰亞胺(PI)、聚2，6_萘二酸乙二酯(PEN)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有機玻璃、硅橡膠或UV固化膠/銅、金、鋁、鉛、鋅或錫納米顆粒(各個摻雜成分的最佳范圍25wt.%?55wt.%)復合材料”。
[0091](2)介電層厚度為Ιμπι。
[0092]實施例4
[0093]其它與實施例1完全相同，不同之處在于:
[0094](I)將“納米銀導電油墨導電層”替換為“銅、金、鋁、鉛、鋅、錫或上述金屬的合金導電層”。
[0095](2)介電層厚度為50μπι。
[0096]實施例5
[0097]其它與實施例2完全相同，不同之處在于:將“PDMS/碳納米管復合材料”替換為“聚苯乙烯(PS)、環氧樹脂、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯(ΡΡ)、聚酰亞胺(PI)、聚2，6_萘二酸乙二酯(PEN)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有機玻璃、硅橡膠或UV固化膠/鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇、炭黑、石墨、石墨烯、富勒烯或酞菁銅復合材料(各個摻雜成分的最佳范圍lwt.%?55wt.% )”。
[0098]實施例6
[0099]其它與實施例2完全相同，不同之處在于:將“碳納米管導電層”替換為“石墨烯或導電高分子材料(具體為聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯硫醚、聚酞菁、聚乙炔或基于上述結構的衍生物)導電層”。
[0100]本發明克服重重困難，制備了基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器，實現了通過復合介電層提高器件靈敏度的目的。
[0101]可以理解的是，對于本領域的普通技術人員，可以根據本發明的技術構思做出其它各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬于本發明專利要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器，包括上柔性基底和下柔性基底，附著于上柔性基底內表面的上導電層和附著于下柔性基底內表面的下導電層，其特征在于:在所述上導電層和下導電層之間設有復合材料介電層。2.根據權利要求1所述的電容式柔性壓力傳感器，其特征在于:所述復合材料介電層的材質為高分子樹脂和功能填料的混合物，功能填料的質量分數為0.5%?85%，復合材料介電層的厚度是I?ΙΟΟμπι。3.根據權利要求2所述的電容式柔性壓力傳感器，其特征在于，所述高分子樹脂為聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、環氧樹脂、聚偏氟乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚丙烯、聚酰亞胺、聚2，6_萘二酸乙二酯、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有機玻璃、硅橡膠或UV固化膠。4.根據權利要求3所述的電容式柔性壓力傳感器，其特征在于:所述功能填料為金屬導體、鐵電陶瓷、碳材料或有機半導體。5.根據權利要求4所述的電容式柔性壓力傳感器，其特征在于:所述金屬導體為銀、銅、金、鋁、鉛、鋅、錫、鎳等或上述金屬的合金;所述鐵電陶瓷為鈦酸鋇或鈦酸鍶鋇;所述碳材料為炭黑、石墨、碳納米管、石墨烯或富勒烯;所述有機半導體為酞菁銅。6.根據權利要求4所述的電容式柔性壓力傳感器，其特征在于:所述功能填料為銀納米顆粒，含量為10?50重量％，優選40重量％。7.根據權利要求4所述的電容式柔性壓力傳感器，其特征在于:所述功能填料為碳納米管，含量為I?5重量％，優選4重量％。8.—種基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器的制備方法，步驟如下: (1)、制備上柔性基底和下柔性基底； (2)、在步驟(I)中得到的上柔性基底和下柔性基底的表面，通過印刷、涂布、蒸鍍或化學沉積方式制備上導電層和下導電層； (3)、使用導電膠分別在步驟(2)制得的上導電層和下導電層的表面形成上電極和下電極，并從上電極和下電極分別引出導線，用于測試傳感器性能； (4)、制備復合材料介電層； (5)、將步驟(3)中制得的帶有導電層、電極和導線的上、下柔性基底與步驟(4)中制得的復合材料介電層，按照“夾心三明治”結構進行貼合封裝，復合材料介電層位于上導電層和下導電層之間，得到基于復合材料介電層的電容式柔性壓力傳感器。9.根據權利要求8所述的電容式柔性壓力傳感器的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中所述復合材料介電層的材質為高分子樹脂和功能填料的混合物，功能填料的質量分數為0.5%?85%，復合材料介電層的厚度是I?ΙΟΟμπι。10.根據權利要求9所述的電容式柔性壓力傳感器的制備方法，其特征在于:所述高分子樹脂為聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、環氧樹脂、聚偏氟乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚丙烯、聚酰亞胺、聚2，6_萘二酸乙二酯、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、有機玻璃、硅橡膠或UV固化膠;所述功能填料為金屬導體、鐵電陶瓷、碳材料或有機半導體;所述金屬導體的材質為銀、銅、金、鋁、鉛、鋅、錫、鎳或上述金屬的合金;所述鐵電陶瓷的材質為鈦酸鋇或鈦酸鍶鋇；所述碳材料為炭黑、石墨、碳納米管、石墨烯或富勒烯;所述有機半導體為酞菁銅。
【文檔編號】G01L1/14GK106017748SQ201610334814
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月19日
【發明人】莫黎昕, 李路海, 翟慶彬, 李正博, 王振國
【申請人】北京印刷學院