CN110716667A - 具有定位和压力检测功能的柔性传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有定位和压力检测功能的柔性传感器及其制作方法，该柔性传感器包括：透明基板、位于透明基板两侧呈平面周期性排列的电极阵列、一侧电极阵列上的压电层、压电层上的接地层和分别在接地层与另一侧电极阵列上的保护层，在透明基板的两侧表面分别设置有与电极阵列相连的呈周期性排布的引线阵列，透明基板的导电通孔阵列使两侧电极阵列中相对应的电极实现电流导通，其中各引线和电极对应于独立寻址的传感单元，每个传感单元对应一个像素点。本发明实现利用压力传感器进行触摸屏上的定位和压力检测，定位同时可对手指接触力大小进行精确识别，并且压力传感器也可以在沾水情况下正常工作，减少了对待测目标物体的条件约束。
Description
技术领域
本发明涉及触摸屏技术，特别是一种具有定位和压力检测功能的柔性传感器及其制作方法。
背景技术
近些年来，移动电子设备以及柔性可穿戴电子设备得到了飞速发展，用于人机交互的触摸屏朝多元化方向发展，产生了对柔性屏、折叠屏、异性屏等特种屏幕的日益增长的需求。
触摸屏作为一种人机交互的输入方式，它可以识别手指在屏幕上面停留的位置、时间、轨迹等外部运动变化，并将这种外部变化转化为电信号帮助人们使用电子设备的相关功能。目前，在移动电子设备领域，触摸屏的形式主要为电容式触摸屏。这种类型的触摸屏在沾水之后其传感的灵敏度下降很多甚至无法正常工作，因此其不能应用于沾水的环境。另一方面，电容式触摸屏也只能实现平面的上一点或多点的定位功能，无法对手指接触力大小进行精确识别，降低了人机交互体验。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种可用于触摸屏的具有定位和压力检测功能的柔性传感器及其制作方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有定位和压力检测功能的柔性传感器，包括：透明基板、位于所述透明基板的上下表面呈平面周期性排列的电极阵列、覆盖在一侧的电极阵列上的压电层、位于所述压电层之上的接地层和分别覆盖所述接地层与所述透明基板另一侧的电极阵列的保护层，在透明基板的上下表面分别设置有与呈平面周期性排列的所述电极阵列相连的呈周期性排布的引线阵列，每条引线对应于一个电极，所述透明基板设置有导电通孔阵列，所述透明基板上下两面电极阵列相对应的电极通过通孔实现电流导通，其中各引线和电极对应于独立寻址的传感单元，每个传感单元对应一个像素点。
进一步地：
所述透明基板的通孔的内部表面覆盖有导电层，电极与通孔中的导电层相连，通孔对应于电极中心。
具有多层所述透明基板，多个电极阵列在平面内周期性排列且分布于不同层的透明基板上，从而增加传感单元的数量并增大传感单元的分布密度。
所述电极阵列和所述接地层由氧化铟锡透明导电膜、氧化锌基透明导电薄膜、以及由纳米银线、纳米银片、石墨烯、过渡金属碳化物或氮化物中的一种材料或多种材料形成的混合物制成。
所述透明基板为透明高分子材料，具体由聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚碳酸酯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙中的一种材料或多种材料形成的混合物制成。
所述压电层由聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯共聚物，聚三氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的一种材料或多种材料形成的共混物或对应单体共聚物得到的具有压电性的材料制成，或由非压电材料的多孔结构复合而成的透明驻极体制成。
所述保护层为聚乙烯醇缩丁醛、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯膜及其混合膜或复合膜。
一种所述的具有定位和压力检测功能的柔性传感器的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：在平整基板上覆盖一层脱模剂；
步骤2：在由步骤1得到的含脱模剂层的平整基板上制备保护层；
步骤3：在透明基板上制备导电层；此导电层称为透明基板的A面，另一面称为B面；
步骤4：在步骤3得到的材料上制作通孔阵列，以及在所述导电层上进行图形化处理，制作传感单元的电极和引线；
步骤5：将步骤4得到的具有单面导电性的透明基板的A面与步骤2得到的保护层连接成一个整体；
步骤6：在步骤5基础上在透明基板的B面制作另一导电层；此导电层覆盖透明基板的B面和通孔的内部表面，通孔内的导电层用于实现A，B面相对应电极的电流导通；
步骤7：对步骤6得到的B面上的导电层进行图形化得到呈平面周期性排列的电极阵列和相应的电极引出线；
步骤8：在步骤7得到的B面上的电极阵列上制备压电层；
步骤9：在步骤8得到的压电层上制备接地层；
步骤10：在步骤9得到的接地层之上制备保护层；
步骤11：将步骤10得到的传感器与平整基板剥离，在引线终端制备焊盘，用于连接外部电路；
步骤12：将步骤11得到的传感器通过引线系统与直流高压电源相连，在压电层上下两端施加高压电场，将压电层极化。
一种所述的具有定位和压力检测功能的柔性传感器的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：在平整基板上覆盖一层脱模剂；
步骤2：在由步骤1得到的含脱模剂层的平整基板上制备保护层；
步骤3：在步骤2得到的保护层上制备导电层；
步骤4：对步骤3得到的导电层进行图形化得到电极阵列和相应电极的引线；
步骤5：在步骤4基础上在导电层上制备透明基板；
步骤6：在步骤5得到的材料上制作通孔阵列；
步骤7：在步骤6得到具有通孔的透明基板上制备导电层；此导电层覆盖通孔内部表面，用于实现透明基板上下表面电极的电流导通；
步骤8：对步骤7得到的导电层进行图形化得到电极阵列和相应电极的引线；
步骤9：在步骤8得到电极阵列上制备压电层；
步骤10：在步骤9得到的压电层表面制备导电层作为接地层；
步骤11：在步骤10得到的接地层表面制备保护层；
步骤12：在各层的引出线终端制作焊盘用于连接外部电路；
步骤13：将步骤12得到的传感器通过引线与直流高压电源相连，在压电层上下两端施加高压电场，将压电层极化。
所述保护层、所述导电层、所述透明基板、所述压电层的制作方法包括旋涂、刮涂、喷涂、溅射中的一种，各层之间的连接方式包括直接以其中一层为基底进行成膜、层与层之间进行热压、粘接中的一种。
一种触摸屏设备，包括所述的柔性传感器。
本发明具有如下有益效果：
本发明对于触摸屏提供了一种采用压力触摸的解决方案，是一种具有定位和压力检测功能的柔性传感器，包括透明基板、位于透明基板两侧呈平面周期性排列的电极阵列、一侧电极阵列上的压电层、压电层上的接地层和分别覆盖在接地层与另一侧电极阵列上的保护层，在透明基板的两侧表面分别设置有与电极阵列相连的呈周期性排布的引线阵列，每条引线对应于一个电极，透明基板的导电通孔阵列使两侧电极阵列中相对应的电极实现电流导通，其中各引线和电极对应于独立寻址的传感单元，每个传感单元对应一个像素点，采用上述方案，本发明可实现利用压力传感器进行触摸屏上的定位和压力检测，实现定位的同时可对手指接触力大小进行精确识别，并且压力传感器也可以在沾水情况下正常工作，这减少了对待测目标物体的条件约束。将其制作成柔性可拉伸、可折叠的形式也可以应用于柔性屏、折叠屏上，提高人机交互的灵活性，给用户带来更好的使用体验。通过增加透明基板层数，配置引线空间，还可以增加传感单元的数量，增大传感单元的分布密度，提高传感器的分辨率。
附图说明
图1为本发明一种实施例的具有定位和压力检测功能的柔性传感器的剖面示意图；
图2为本发明一种实施例中的上电极示意图；
图3为本发明一种实施例中的透明基板及导电通孔示意图；
图4为本发明一种实施例中的下电极示意图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1至图4，在一种实施例中，一种具有定位和压力检测功能的柔性传感器，包括：透明基板5、位于所述透明基板5的上、下表面呈平面周期性排列的电极阵列4、6、覆盖在一侧的电极阵列4上的压电层3、位于所述压电层3之上的接地层2和分别覆盖所述接地层2与所述透明基板5另一侧上的电极阵列6的保护层1、7，在透明基板5的上、下表面分别设置有与呈平面周期性排列的所述电极阵列4、6相连的呈周期性排布的引线阵列，每条引线对应于一个电极，所述透明基板5设置有导电通孔阵列，所述透明基板5上下两面电极阵列4、6相对应的电极通过通孔8实现电流导通，其中各引线和电极对应于独立寻址的传感单元，每个传感单元对应一个像素点。
在优选的实施例中，所述透明基板5的通孔8的内部表面覆盖有导电层，各电极与通孔中的导电层相连，通孔对应于电极中心。
在优选的实施例中，还可以同时设置多层透明基板5，每一层透明基板5存在对应于不同传感单元电极的引出线。通过增加透明基板的层数，使多个电极阵列4、6在平面内周期性排列且分布于不同层的透明基板5上，合理配置引线空间，可以增多传感单元的数量，增加像素数量，增大传感单元的分布密度，提高传感器的分辨率。
在优选的实施例中，所述电极阵列4、6和所述接地层2由氧化铟锡透明导电膜、氧化锌基透明导电薄膜、以及由纳米银线、纳米银片、石墨烯、过渡金属碳化物或氮化物中的一种材料或多种材料形成的混合物制成。
在优选的实施例中，所述透明基板5为透明高分子材料，具体由聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚碳酸酯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙中的一种材料或多种材料形成的混合物制成。
在优选的实施例中，所述压电层3由聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯共聚物，聚三氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的一种材料或多种材料形成的共混物或对应单体共聚物得到的具有压电性的材料制成，或由非压电材料的多孔结构复合而成的透明驻极体制成。
在优选的实施例中，所述保护层1、7为聚乙烯醇缩丁醛、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯膜及其混合膜或复合膜。
在优选的实施例中，传感器件的总厚度≤1000μm。对各层厚度进行更改可以改变传感器件的透光率。
在另一种实施例中，一种触摸屏设备，包括前述任一实施例所述的柔性传感器。
在另一种实施例中，一种所述的具有定位和压力检测功能的柔性传感器的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：在平整基板上覆盖一层脱模剂；
步骤2：在由步骤1得到的含脱模剂层的平整基板上制备保护层；
步骤3：在透明基板上制备导电层；此导电层称为透明基板的A面，另一面称为B面；
步骤4：在步骤3得到的材料上制作通孔阵列，以及在所述导电层上进行图形化处理，制作传感单元的电极和引线；
步骤5：将步骤4得到的具有单面导电性的透明基板的A面与步骤2得到的保护层连接成一个整体；
步骤6：在步骤5基础上在透明基板的B面制作另一导电层；此导电层覆盖透明基板的B面和通孔的内部表面，通孔内的导电层用于实现A，B面相对应电极的电流导通；
步骤7：对步骤6得到的B面上的导电层进行图形化得到呈平面周期性排列的电极阵列和相应的电极引出线；
步骤8：在步骤7得到的B面上的电极阵列上制备压电层；
步骤9：在步骤8得到的压电层上制备接地层；
步骤10：在步骤9得到的接地层之上制备保护层；
步骤11：将步骤10得到的传感器与平整基板剥离，在引线终端制备焊盘，用于连接外部电路；
步骤12：将步骤11得到的传感器通过引线系统与直流高压电源相连，在压电层上下两端施加高压电场，将压电层极化。
在又一种实施例中，一种所述的具有定位和压力检测功能的柔性传感器的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：在平整基板上覆盖一层脱模剂；
步骤2：在由步骤1得到的含脱模剂层的平整基板上制备保护层；
步骤3：在步骤2得到的保护层上制备导电层；
步骤4：对步骤3得到的导电层进行图形化得到电极阵列和相应电极的引线；
步骤5：在步骤4基础上在导电层上制备透明基板；
步骤6：在步骤5得到的材料上制作通孔阵列；
步骤7：在步骤6得到具有通孔的透明基板上制备导电层；此导电层覆盖通孔内部表面，用于实现透明基板上下表面电极的电流导通；
步骤8：对步骤7得到的导电层进行图形化得到电极阵列和相应电极的引线；
步骤9：在步骤8得到电极阵列上制备压电层；
步骤10：在步骤9得到的压电层表面制备导电层作为接地层；
步骤11：在步骤10得到的接地层表面制备保护层；
步骤12：在各层的引出线终端制作焊盘用于连接外部电路；
步骤13：将步骤12得到的传感器通过引线与直流高压电源相连，在压电层上下两端施加高压电场，将压电层极化。
在各种实施例中，所述保护层、所述导电层、所述透明基板、所述压电层的制作方法可包括旋涂、刮涂、喷涂、溅射中的一种，各层之间的连接方式包括直接以其中一层为基底进行成膜、层与层之间进行热压、粘接中的一种。
在各种实施例中，焊盘的材料包括但不限于铜、锡、铝、铟、金、银等金属及合金，还包括但不限于导电胶、银浆等。焊盘的制备方式包括但不限于溅射、蒸镀、电镀、点胶、粘接、焊接等方式。图形化电极和引线的方式包括但不限于激光、光刻、离子刻蚀等。
在一个较佳实施例中，一种透明、具有定位和压力检测功能的传感器制作方法，制备流程包含以下步骤：
步骤1：选取平整基板(如玻璃、硅片等)，在平整基板上覆盖一层脱模剂，厚度≤5μm。
步骤2：在由步骤1得到的含脱模剂层的基板上制备保护层，保护层厚度≤10μm。
步骤3：在透明基板上制备导电层，透明基板厚度≤500μm，导电层厚度≤2μm；此导电层称为透明基板的A面，另一面称为B面。
步骤4：在步骤3得到的材料上制作通孔阵列，以及在导电层上进行图形化传感单元的电极和引线，像素大小在100μm～10000μm之间，间距为20～100μm；引线线宽为20～1000μm，线距为20～100μm。
步骤5：将步骤4得到的具有单面导电性的透明基板的A面与步骤2得到的保护层连接成一个整体；
步骤6：在步骤5基础上在透明基板的B面制作导电层，导电层厚度≤2μm。导电层包括透明基板平面和通孔内部表面，通孔内的导电层实现了A，B面相对应电极的电流导通。
步骤7：对步骤6得到的B面上的导电层进行图形化得到呈平面周期性排列的电极阵列，像素大小在100μm～1000μm，间距为20～100μm。同时激光图形化导电层得到相应的电极引出线，引线宽为20～1000μm，线距为20～100μm(最小为激光的光斑大小)。
步骤8：在步骤7得到的B面上的电极阵列上制备压电层，厚度≤500μm。
步骤9：在步骤8得到的压电层上制备导电层作为接地层，厚度≤2μm。
步骤10：在步骤9得到的接地层之上制备保护层，厚度≤10μm。
步骤11：将传感器阵列与平整基板剥离，在步骤10得到的传感器的引线终端制备焊盘，用于连接外部电路；
步骤12：将步骤11得到的传感器通过引线系统与直流高压电源相连，在压电层上下两端施加高压电场，场强范围在100～500MV/m，将压电层极化。
在另一较佳实施例中，一种透明、具有定位和压力检测功能的传感器的制作方法，包括：
步骤1：选取平整基板(如玻璃、硅片等)，在平整基板上覆盖一层脱模剂，厚度≤5μm。
步骤2：在由步骤1得到的含脱模剂层的基板上制备保护层，保护层厚度≤10μm。
步骤3：在步骤2得到的保护层上制备导电层，厚度≤2μm。
步骤4：对步骤3得到的导电层进行图形化得到电极阵列和相应电极的引线，像素大小在100μm～10000μm之间，间距为20～100μm；引线线宽为20～1000μm，线距为20～100μm。
步骤5：在步骤4得到的保护层上制备透明基板，厚度≤500μm。
步骤6：在步骤5得到的材料上制作通孔阵列，通孔的位置在步骤4得到的电极的中心，通孔直径≤10000μm。
步骤7：在步骤6得到具有通孔的透明基板上制备导电层，导电层厚度≤2μm。其中通孔内部表面也存在导电层，它将透明基板上下表面的电极连接起来实现电流导通。
步骤8：对步骤7得到的导电层进行图形化得到电极阵列和相应电极的引线，像素尺寸与引线尺寸与步骤4相同。
步骤9：在步骤8得到电极阵列上制备压电层，压电层厚度≤500μm。
步骤10：在步骤9得到的压电层表面制备导电层作为接地层，厚度≤2μm。
步骤11：在步骤10得到的接地层表面制备保护层，厚度≤10μm。
步骤12：在各层的引出线终端制作焊盘用于连接外部电路。
步骤13：将步骤12得到的传感器通过引线与直流高压电源相连，在压电层上下两端施加高压电场，场强范围在100～500MV/m，将压电层极化。
附图中的各膜层厚度和尺寸、像素点的尺寸均不反应其真实比例，目的只在于说明本发明内容。
一种实施例的透明、具有定位和压力检测功能的柔性传感器结构，实现如图1所示一个4×4的传感器阵列，从下往上依次为保护层、电极层、透明基板、电极层、压电层、接地层、保护层，如图2所示。在具体实施时，在本发明提供的传感器结构中，增加透明基板和电极层的个数可以增加像素点分布密度，具体的透明基板个数和像素点个数依情况而定，在此不做限定。本发明中，传感器的寻址方式采用独立寻址模式，一根引线对应于一个传感单元，传感单元之间相互独立，可以实现多点的位置和压力识别。
制备实例
实例1
本实施例一种透明、具有定位和压力检测功能的柔性传感器的制作方法，该制作方法包括以下步骤：
步骤1：选取平整的玻璃片，尺寸为10×10cm，在玻璃基板上旋涂一层脱模剂，厚度约为1μm，放入烘箱烘干。
步骤2：在由步骤1得到的含脱模剂层的基板上旋涂聚乙烯醇缩丁醛，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，质量分数为10％wt，厚度约为5μm，放入烘箱烘干。
步骤3：在厚度为100μm的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜上旋涂一层银纳米线分散液，溶剂为水，固含量为1mg/L，烘干后形成导电层，导电层厚度为500nm：将第一次旋涂银纳米线的透明基板的面称为A面，另一面称为B面。
步骤4：在步骤3得到的材料上制作通孔阵列，在步骤3得到的银纳米线薄膜层表面进行激光图形化得到周期性排布的传感单元电极和引线以及通孔阵列，像素个数为8个，像素大小为10×10mm，像素间距为50μm，引线线宽为1000μm，线距为50μm；通孔直径为200μm。
步骤5：将步骤4得到的具有单面导电性的透明基板的A面与步骤1得到的含有脱模剂和保护层的平整板进行热压，使电极层与保护层连接在一起。
步骤6：在步骤5基础上将纳米银线旋涂在透明基板的B面，所用纳米银线分散液与步骤3所用相同，导电层厚度为500nm。烘干之后，其中透明基板的通孔内部表面存在纳米银线膜层，聚对苯二甲酸乙二酯薄膜A、B面的部分电极经通孔形成一个完整的连续导电层。
步骤7：对步骤6得到的B面上的导电层进行激光图形化得到呈平面周期性排列的电极阵列。像素大小为10×10mm，像素个数为16个，像素间距为50μm。同时激光图形化导电层得到相应的电极引出线，引线宽为1000μm，线距为50μm。
步骤8：在步骤7得到的B面上的电极阵列上旋涂聚偏氟乙烯压电层，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，固含量为10％wt，聚偏氟乙烯厚度为5μm。
步骤9：在步骤8得到的压电层上旋涂纳米银线膜，所用纳米银线分散液与步骤3相同，导电层厚度为500nm。旋涂完毕后放入烘箱烘干，此层作为接地层。
步骤10：在步骤9得到的接地层之上旋涂聚乙烯醇缩丁醛，其溶液参数与步骤2相同，厚度为5μm，旋涂完毕后放入烘箱烘干。
步骤11：将步骤10得到的产品从玻璃基板分离。利用点胶机，将导电银浆涂在引线终端形成外接电极。
步骤12：将步骤11得到的传感器通过引线系统与直流高压电源相连，在压电层上下两端施加高压电场，场强大小为200MV/m，将压电层极化。
实例2
本实施例一种透明、具有定位和压力检测功能的柔性传感器的制作方法，该制作方法包括以下步骤：
步骤1：选取平整的玻璃片，尺寸为10×10cm，在玻璃基板上旋涂一层脱模剂，厚度约为1μm，放入烘箱烘干。
步骤2：在由步骤1得到的含脱模剂层的基板上旋涂聚乙烯醇缩丁醛，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，质量分数为10％wt，厚度约为5μm，放入烘箱烘干。
步骤3：在步骤2得到的保护层上旋涂一层银纳米线薄膜，溶剂为水，固含量为1mg/L，厚度为500nm，放入烘箱烘干。
步骤4：对步骤3得到的银纳米线导电层进行激光图形化得到电极层。像素个数为8个，像素尺寸为10×10mm，像素间距为50μm；引线线宽为1000μm，线距为50μm。
步骤5：在步骤4得到的电极层上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯，溶剂为四氢呋喃，质量分数为5％wt，膜层厚度为5μm。
步骤6：在步骤5得到的材料上制作通孔阵列，通孔的位置在步骤4得到的电极的中心，通孔直径≤10000μm。在步骤5得到的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜上旋涂银纳米线导电层，厚度为500nm，放入烘箱烘干之后，在聚甲基丙烯酸甲酯表面和通孔内部表面形成连续的导电层，同时聚甲基丙烯酸甲酯薄膜上下表面的电极通过通孔内部表面导电层实现电流导通。此步骤所用银纳米线分散液与步骤3相同。
步骤7：将步骤6得到的导电层进行激光图形化得到每个传感单元的电极和引线。像素个数为16，像素间距为50μm；引线线宽为100μm，线距为50μm。
步骤8：在步骤7得到的激光图形化后的导电层表面旋涂聚偏氟乙烯压电层，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，固含量为10％wt，聚偏氟乙烯厚度为5μm。
步骤9：在步骤8得到的压电层上旋涂纳米银线膜，厚度为500nm。所用纳米银线分散液与步骤3相同，旋涂完毕后放入烘箱烘干，此层作为接地层；
步骤10：在步骤9得到的接地层之上旋涂聚乙烯醇缩丁醛，其溶液参数与步骤2相同，厚度为1μm，旋涂完毕后放入烘箱烘干。
步骤11：将步骤10得到的传感器与玻璃基板分离，利用点胶机在引线终端形成焊盘，以便连接外部测量电路。
步骤12：将传感器通过引线与直流高压电源相连，在压电层上下两端施加高压电场，场强大小为200MV/m，将压电层极化。
实例3
本实施例一种透明、具有定位和压力检测功能的柔性传感器的制作方法，该制作方法包括以下步骤：
步骤1：选取平整的玻璃片，尺寸为10×10cm，在玻璃基板上刮涂一层脱模剂，厚度约为1μm，放入烘箱烘干。
步骤2：在由步骤1得到的含脱模剂层的基板上刮涂聚乙烯醇缩丁醛，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，质量分数为10％wt，厚度约为5μm，放入烘箱烘干。
步骤3：在步骤2得到的保护层上刮涂一层银纳米线薄膜，溶剂为水，固含量为1mg/L，放入烘箱烘干，厚度为500nm。
步骤4：对步骤3得到的银纳米线导电层进行激光图形化得到电极层。像素个数为8，像素尺寸为10×10mm，像素间距为50μm；引线线宽为1000μm，线距为50μm。
步骤5：在步骤4得到的电极层上刮涂聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，溶剂为四氢呋喃，质量分数为5％wt，膜层厚度为5μm。
步骤6：在步骤5得到的材料上制作通孔阵列，通孔的位置在步骤4得到的电极的中心，通孔直径≤10000μm。在步骤5得到的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜上刮涂银纳米线导电层，厚度为500nm。放入烘箱烘干之后，在聚甲基丙烯酸甲酯表面和通孔内部表面形成连续的导电层，同时聚甲基丙烯酸甲酯薄膜上下表面的电极通过通孔内部表面导电层实现电流导通。此步骤所用银纳米线分散液与步骤3相同。
步骤7：将步骤6得到的导电层进行激光图形化得到每个传感单元的电极和引线。像素个数为16，像素尺寸为10×10mm，像素间距为50μm；引线线宽为1000μm，线距为50μm。
步骤8：在步骤7得到的激光图形化后的导电层表面刮涂聚偏氟乙烯压电层，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，固含量为10％wt，聚偏氟乙烯厚度为5μm。
步骤9：在步骤8得到的压电层上旋涂纳米银线膜，厚度为500nm。所用纳米银线分散液与步骤3相同，刮涂完毕后放入烘箱烘干，此层作为接地层；
步骤10：在步骤9得到的接地层之上刮涂聚乙烯醇缩丁醛，其溶液参数与步骤2相同，厚度为5μm，刮涂完毕后放入烘箱烘干。
步骤11：将步骤10得到的传感器与玻璃基板分离，并将传感器通过引线系统与直流高压电源相连，在压电层上下两端施加高压电场，场强大小为200MV/m，将压电层极化。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有定位和压力检测功能的柔性传感器，其特征在于,包括：透明基板、位于所述透明基板的上下表面呈平面周期性排列的电极阵列、覆盖在一侧的电极阵列上的压电层、位于所述压电层之上的接地层和分别覆盖所述接地层与所述透明基板另一侧的电极阵列的保护层，在透明基板的上下表面分别设置有与呈平面周期性排列的所述电极阵列相连的呈周期性排布的引线阵列，每条引线对应于一个电极，所述透明基板设置有导电通孔阵列，所述透明基板上下两面电极阵列相对应的电极通过通孔实现电流导通，其中各引线和电极对应于独立寻址的传感单元，每个传感单元对应一个像素点。
2.如权利要求1所述的具有定位和压力检测功能的柔性传感器，其特征在于,所述透明基板的通孔的内部表面覆盖有导电层，电极与通孔中的导电层相连，通孔对应于电极中心。
3.如权利要求1至2任一项所述的具有定位和压力检测功能的柔性传感器，其特征在于，具有多层所述透明基板，多个电极阵列在平面内周期性排列且分布于不同层的透明基板上，从而增加传感单元的数量并增大传感单元的分布密度。
4.如权利要求1至3任一项所述的具有定位和压力检测功能的柔性传感器，其特征在于,所述电极阵列和所述接地层由氧化铟锡透明导电膜、氧化锌基透明导电薄膜、以及由纳米银线、纳米银片、石墨烯、过渡金属碳化物或氮化物中的一种材料或多种材料形成的混合物制成。
5.如权利要求1至4任一项所述的具有定位和压力检测功能的柔性传感器，其特征在于,所述透明基板为透明高分子材料，具体由聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚碳酸酯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙中的一种材料或多种材料形成的混合物制成。
6.如权利要求1至5任一项所述的具有定位和压力检测功能的柔性传感器，其特征在于,所述压电层由聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯共聚物，聚三氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的一种材料或多种材料形成的共混物或对应单体共聚物得到的具有压电性的材料制成，或由非压电材料的多孔结构复合而成的透明驻极体制成。
7.如权利要求1至6任一项所述的具有定位和压力检测功能的柔性传感器，其特征在于,所述保护层为聚乙烯醇缩丁醛、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯膜及其混合膜或复合膜。
8.一种如权利要求1至7任一项所述的具有定位和压力检测功能的柔性传感器的制作方法，其特征在于,包括以下步骤：
步骤1：在平整基板上覆盖一层脱模剂；
步骤2：在由步骤1得到的含脱模剂层的平整基板上制备保护层；
步骤3：在透明基板上制备导电层；此导电层称为透明基板的A面，另一面称为B面；
步骤4：在步骤3得到的材料上制作通孔阵列，以及在所述导电层上进行图形化处理，制作传感单元的电极和引线；
步骤5：将步骤4得到的具有单面导电性的透明基板的A面与步骤2得到的保护层连接成一个整体；
步骤6：在步骤5基础上在透明基板的B面制作另一导电层；此导电层覆盖透明基板的B面和通孔的内部表面，通孔内的导电层用于实现A，B面相对应电极的电流导通；
步骤7：对步骤6得到的B面上的导电层进行图形化得到呈平面周期性排列的电极阵列和相应的电极引出线；
步骤8：在步骤7得到的B面上的电极阵列上制备压电层；
步骤9：在步骤8得到的压电层上制备接地层；
步骤10：在步骤9得到的接地层之上制备保护层；
步骤11：将步骤10得到的传感器与平整基板剥离，在引线终端制备焊盘，用于连接外部电路；
步骤12：将步骤11得到的传感器通过引线系统与直流高压电源相连，在压电层上下两端施加高压电场，将压电层极化。
9.一种如权利要求1至7任一项所述的具有定位和压力检测功能的柔性传感器的制作方法，其特征在于,包括以下步骤：
步骤1：在平整基板上覆盖一层脱模剂；
步骤2：在由步骤1得到的含脱模剂层的平整基板上制备保护层；
步骤3：在步骤2得到的保护层上制备导电层；
步骤4：对步骤3得到的导电层进行图形化得到电极阵列和相应电极的引线；
步骤5：在步骤4基础上在导电层上制备透明基板；
步骤6：在步骤5得到的材料上制作通孔阵列；
步骤7：在步骤6得到具有通孔的透明基板上制备导电层；此导电层覆盖通孔内部表面，用于实现透明基板上下表面电极的电流导通；
步骤8：对步骤7得到的导电层进行图形化得到电极阵列和相应电极的引线；
步骤9：在步骤8得到电极阵列上制备压电层；
步骤10：在步骤9得到的压电层表面制备导电层作为接地层；
步骤11：在步骤10得到的接地层表面制备保护层；
步骤12：在各层的引出线终端制作焊盘用于连接外部电路；
步骤13：将步骤12得到的传感器通过引线与直流高压电源相连，在压电层上下两端施加高压电场，将压电层极化。
10.如权利要求8或9所述的具有定位和压力检测功能的柔性传感器的制作方法，其特征在于,所述保护层、所述导电层、所述透明基板、所述压电层的制作方法包括旋涂、刮涂、喷涂、溅射中的一种，各层之间的连接方式包括直接以其中一层为基底进行成膜、层与层之间进行热压、粘接中的一种。
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