CN110701992A - 以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法 - Google Patents

以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110701992A
CN110701992A CN201910956935.XA CN201910956935A CN110701992A CN 110701992 A CN110701992 A CN 110701992A CN 201910956935 A CN201910956935 A CN 201910956935A CN 110701992 A CN110701992 A CN 110701992A
Authority
CN
China
Prior art keywords
microstructure
polydimethylsiloxane
sandpaper
strain sensor
template
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910956935.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110701992B (zh
Inventor
陈达
刘金麟
王鸿飞
张小军
王鹏
王璟璟
张文斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qingdao Shanhai Microelectronics Co.,Ltd.
Original Assignee
Shandong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University of Science and Technology filed Critical Shandong University of Science and Technology
Priority to CN201910956935.XA priority Critical patent/CN110701992B/zh
Priority to PCT/CN2019/111383 priority patent/WO2021068273A1/zh
Publication of CN110701992A publication Critical patent/CN110701992A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110701992B publication Critical patent/CN110701992B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G01B7/22—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in capacitance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

本发明涉及柔性应变传感器技术领域，提供了一种以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法。本发明在硬质基板上制造敏感层和电极结构后再进行分离，可以获得较低的传感器厚度，以及具有更好的柔性，易于将传感器安装在关节、皮肤、骨骼等复杂曲面。可采用成熟的柔性电路板(FPCB)技术制造表面有电极的聚酰亚胺(PI)薄膜，电极阵列制备简单，重复性高、电阻小，且拉伸状态电学连接稳定；聚酰亚胺层被刻蚀后，仅保留较薄的金属电极贴合与敏感层表面，其微结构化产生的效果更加明显；敏感层可实现多层微结构累加，适合更宽的检测范围和应用环境。

Description

以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法
技术领域
本发明涉及柔性应变传感器技术领域，具体涉及一种以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法。
背景技术
灵活和可拉伸的柔性传感器作为可穿戴健康监测系统的核心组件之一，可很好的附着在人体皮肤、关节、器官、血管内壁等部位，进行脉搏、血压、骨力学和生理形变等的检测，为疾病诊断和治疗提供有价值的信息。另外，在机械手、机械臂等机器人设备中具有很大的应用价值。
在各种柔性传感器的原理中，电容式和电阻式传感器由于具有更高的灵敏性和抗干扰性，更适合在复杂生理环境中应用。其中如何设计和制造具有微纳结构的介电层或电阻层并将其与金属电极可靠连接是该类传感器的关键技术问题。
例如2010年，学术期刊《Nature materials》9卷859-864页发表了题为“Highlysensitive flexible pressure sensors with microstructured rubber dielectriclayers”的论文，所提出的柔性电容式应变传感器以蒸镀了氧化铟锡的塑料薄膜为电极，聚二甲基硅氧烷为介电层。通过对聚二甲基硅氧烷表面进行微结构处理使其表面形成柱状或者金字塔形状，增加了敏感度。
2012年学术期刊《Nature materials》期刊第11卷第9期795-801页发表了题为“Aflexible and highly sensitive strain gauge sensor using reversibleinterlocking of nanofibers”的论文，报道了一种纳米纤维制成的电阻式应力传感器。基于硅基微电子的沉积、光刻等技术，通过引入互锁微结构，极大提升了传感器的灵敏性。
近年来，利用具有微纳结构的模板进行大面积、高效率、低成本的柔性传感器制造成为一个新的发展方向。
例如，公布号为CN106531733 A的发明专利公开了一种柔性压力传感器及其制备方法。其具体步骤包括：柔性基底的前驱体溶液滴加在植物叶片(或砂纸)的表面，印模固化得到凸起微结构的器件表面；由碳纳米管阵列抽出的碳纳米管薄膜纺在铜箔或镍箔表面，通过化学气相沉积在其表面生长石墨烯，将生成的石墨稀薄膜敏感层转移至柔性基底；将上柔性基底和下柔性基底面对面设置，在保证不交叉的前提下，使上敏感层和下敏层之间通过凸起微结构而接触，实现导通。
公布号为CN 107664545 A的发明专利公开了一种以天然微结构为模板的电容型柔性压力传感器。其具体步骤包括：在天然材料作为模板(硅橡胶作为模板)的表面，在模板内上浇筑聚氨酯弹性体或交联橡胶，得到复制微结构的聚氨酯性体衬底；在得到聚氨酯弹性体衬底喷涂银纳米线得到上下电极，中间夹层采用具有弹性的Ecoflex树脂浇筑而成。
现有技术方案的主要缺点在于，(1)从植物叶片或者其他天然材料取材做模板，不同样本差异性较大，制作的传感器在尺寸、应变承受范围和灵敏度上重复性不高，不适合工业化生产；(2)硅基微电子加工方法的成本较高，而使用银、碳纳米材料的电极，与敏感层的电学连接不稳定，在受力时电极本身会发生一定变化，不能准确测量受力面的应力分布。(3)现有技术尚未提供能制造传感器阵列的有效方案。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低、可靠性高的电容式应变传感器的制作方法，具体为一种以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法。
本发明采用以下的技术方案：
一种以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法，包括以下步骤：
步骤1，选用硬质基板，对硬质基板表面进行清洗；
步骤2，在硬质基板上涂覆聚乙烯醇薄膜；
步骤3，在聚乙烯醇薄膜上涂覆柔性基底聚二甲基硅氧烷，在硬质基板一侧进行加热低温预处理，对聚二甲基硅氧烷进行初步固化；
步骤4，选用所需型号砂纸，对砂纸表面进行清洗，将砂纸表面喷水或其他脱模剂，使其表面湿润；
步骤5，将涂覆聚二甲基硅氧烷的硬质基板压在砂纸表面，聚二甲基硅氧烷一侧向下贴合砂纸表面，使用滚轮在硬质基板上方进行滚压，同时在砂纸底面一侧进行加热，将聚二甲基硅氧烷进行再次固化；
步骤6，将砂纸一角贴在滚筒一角，通过滚动滚筒，将砂纸从聚二甲基硅氧烷表面拉动剥离，获得具有微结构表面的聚二甲基硅氧烷；
步骤7，对聚二甲基硅氧烷微结构表面进行氧等离子处理；
步骤8，选用表面制作有电极的聚酰亚胺薄膜，对有金属电极的一侧进行氧等离子处理；
步骤9，将聚酰亚胺薄膜电极与微结构表面进行贴合，有金属电极的一侧接触微结构表面；
步骤10，对聚酰亚胺薄膜无电极的一侧进行氧等离子刻蚀；
步骤11，在热水中将聚二甲基硅氧烷与硬质基板进行分离，获得微结构聚二甲基硅氧烷层；
步骤12，重复步骤1至11，获得另一微结构层；
步骤13，将两个微结构聚二甲基硅氧烷层的平面一侧进行氧等离子处理，并对齐层压到一起，用滚轮在一侧滚压，得到电容式应变传感器。
进一步地，步骤1中，硬质基板为玻璃板、陶瓷板、硅片或塑料板。
进一步地，步骤2中，聚乙烯醇薄膜的厚度为100um～200um。
进一步地，步骤2、步骤3中，聚乙烯醇和聚二甲基硅氧烷涂覆的方法包括旋涂、喷涂、刷涂等方法。
进一步地，步骤3中，聚二甲基硅氧烷涂覆的厚度为后续所选用砂纸的颗粒结构平均尺寸的1-2.5倍。
上述技术方案中，对颗粒度小的，如#600的砂纸，聚二甲基硅氧烷厚度可以为其颗粒尺寸的大倍数，如600#，颗粒尺寸约40um，厚度取40um*2.5或2，这样就等于100或80um；颗粒尺寸大的，可以倍数小一点，如#180，颗粒尺寸约140um，厚度取140um*1＝140um即可。
进一步地，步骤3中，硬质基板一侧加热的温度为40℃，加热时间为1～2min。
进一步地，步骤4中，砂纸的型号为#600到#180，表面颗粒尺寸为40um～140um。
进一步地，步骤5中，砂纸底面一侧加热的温度为80℃，加热时间为30min。
进一步地，步骤7中，氧等离子处理的处理功率为5-10W/cm2，时间为10min。
进一步地，步骤8中，对金属电极一侧氧等离子处理的功率为5-10W/cm2，时间为10min。
进一步地，步骤8中，聚酰亚胺薄膜的厚度为20-50um；聚酰亚胺薄膜表面制作的金属电极的材料厚度为200-500nm。
进一步地，步骤10中，对聚酰亚胺薄膜无电极的一侧进行氧等离子刻蚀的功率为30-60W/cm2，时间为30min。
进一步地，步骤11中，将聚二甲基硅氧烷与硬质基板进行分离的方法具体为：在热水中浸泡，在一侧或一角掀起聚二甲基硅氧烷薄膜，贴在滚筒上，将滚筒沿基底平面滚动，拉动聚二甲基硅氧烷薄膜从硬质基板剥离。
本发明具有的有益效果是：
(1)在硬质基板上制造敏感层和电极结构后再进行分离，可以获得较低的传感器厚度，以及具有更好的柔性，易于将传感器安装在关节、皮肤、骨骼等复杂曲面；(2)可采用成熟的柔性电路板(FPCB)技术制造表面有电极的聚酰亚胺(PI)薄膜，电极阵列制备简单，重复性高、电阻小，且拉伸状态电学连接稳定；(3)聚酰亚胺层被刻蚀后，仅保留较薄的金属电极贴合与敏感层表面，其微结构化产生的效果更加明显；(4)敏感层可实现多层微结构累加，增加承受应变能力，提高灵敏度，适合更宽的检测范围和应用环境。
附图说明
图1为具有砂纸表面微结构电容式应变传感器的整体结构示意图(以#180和#600型号砂纸为例)；
图2为以砂纸表面微结构为模板制作电容式应变传感器的具体步骤示意图；
图3为实施例1至4所获得的聚二甲基硅氧烷微结构电子显微镜照片；
图4为所获得电容式应变传感器的电极阵列显微照片；
图5为实施例1至4所获得的电容式应变传感器对1％应变的电容变化测试结果。
其中，101为聚二甲基硅氧烷层，102为聚二甲基硅氧烷表面微结构，103为上下电极阵列；201为玻璃板，202为聚乙烯醇薄膜，203为聚二甲基硅氧烷层，204为砂纸，205为滚轮，206为滚筒，207为聚酰亚胺薄膜，208为金属电极阵列。
具体实施方式
本发明可应用于制造基于不同砂纸型号的具有砂纸表面微结构电容式应变传感器。
附图1给出了两种典型的具有砂纸表面微结构电容式应变传感器结构示意图。
以如附图2所示的在洁净玻璃板基底上制造具有砂纸表面微结构电容式应变传感器的主要步骤为例阐述本发明的使用方法。但需要说明的是，硬质基板不局限于玻璃板，还可以为陶瓷板、硅片或塑料板等。
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
参阅附图2所示，选用#180型号砂纸，在洁净玻璃板基底上制造具有砂纸表面微结构电容式应变传感器的。所要制造的电容式应变传感器为三明治结构，其中上下电极103材料为金，厚度为200nm，介质层材料为聚二甲基硅氧烷101，单层厚度约为140um。
该制造方法包括以下步骤：
步骤1，选用洁净无尘玻璃板201作为硬质基板，在去离子水及无水乙醇中各超声清洗10min，清洗吹干；
步骤2，涂覆步骤:
采用旋涂方法在玻璃板201表面涂覆一层厚度为200um的聚乙烯醇薄膜202，工艺参数为：转速4000rad/min,时间60s，之后在120℃下烘干90s；
步骤3，本实施例选用#180型号砂纸，采用旋涂方法进行聚二甲基硅氧烷203(Sylgard184购自Dow Corning)涂覆，涂覆厚度为140um,将聚二甲基硅氧烷基体(PDMS)和交联剂以10:1的质量比混合均匀，磁力搅拌30min，置于真空环境中脱气30min消除气泡，工艺参数为：旋涂转速700rad/min，时间10s；旋涂完成后，将玻璃板201放置在热板表面，玻璃板201底面一侧与热板接触，设置加热温度为40℃，加热时间1～2min，对聚二甲基硅氧烷203进行初步固化，至接触玻璃板201的聚二甲基硅氧烷203(PDMS)凝固，上层仍处于胶状；
步骤4，选用#180型号砂纸204，使用去离子水对砂纸204表面进行冲洗、氮气吹干，将砂纸204表面喷雾去离子水，使其表面湿润；
步骤5，将涂覆聚二甲基硅氧烷203的玻璃板201压在砂纸204表面，聚二甲基硅氧烷203一侧向下贴合砂纸204表面，使用滚轮205在玻璃板201上方进行滚压，同时将砂纸204放置在热板表面，砂纸204底面与热板接触，设置加热温度为80℃，加热时间30min，使聚二甲基硅氧烷203(PDMS)完全固化；
步骤6，固化完成后，在砂纸204底面一侧或一角掀起砂纸，贴在滚筒206上，将滚筒206沿砂纸204平面滚动，拉动砂纸204从聚二甲基硅氧烷203一侧剥离，获得微结构层；
步骤7，对聚二甲基硅氧烷微结构表面进行氧等离子处理，工艺参数为：氧等离子处理功率5-10W/cm2，时间10min；
步骤8，选用现有商用的柔性FPCB技术制造的聚酰亚胺薄膜电极，聚酰亚胺薄膜207厚度约为40um,金属电极208厚度为200nm，对有金属电极208的一侧进行氧等离子处理，工艺参数为：氧等离子处理功率5-10W/cm2，时间10min；
步骤9，将聚酰亚胺薄膜电极与聚二甲基硅氧烷微结构表面进行贴合，有金属电极的一侧接触微结构表面；
步骤10，聚酰亚胺薄膜电极无电极的一侧进行氧等离子处理，将聚酰亚胺薄膜207刻蚀，直至电极镂空，形成金属电极阵列208，工艺参数为：氧等离子处理功率30-60W/cm2，时间30min；
步骤11，在热水中浸泡，在一侧或一角掀起聚二甲基硅氧烷薄膜203，贴在滚筒206上，将滚筒206沿基底平面滚动，拉动聚二甲基硅氧烷薄膜203从玻璃板201剥离，获得微结构层；
步骤12，重复1-11步骤，获得另一微结构层；
步骤13，将两个微结构层无微结构一侧进行氧等离子处理，处理后对齐层压到一起，用滚轮205在一侧滚压，得到电容式应变传感器。工艺参数为：氧等离子处理功率5-10W/cm2，时间10min。
实施例2
参阅附图2所示，选用#180型号砂纸，在洁净玻璃板基底上制造具有砂纸表面微结构电容式应变传感器的。所要制造的电容式应变传感器为三明治结构，其中上下电极103材料为金，厚度为200nm，介质层材料为聚二甲基硅氧烷101，单层厚度约为300um。
该制造方法包括以下步骤：
步骤1，选用洁净无尘玻璃板201作为硬质基板，在去离子水及无水乙醇中各超声清洗10min，清洗吹干；
步骤2，涂覆步骤:
采用旋涂方法在玻璃板201表面涂覆一层厚度为200um的聚乙烯醇薄膜202，工艺参数为：转速4000rad/min,时间60s，之后在120℃下烘干90s；
步骤3，本实施例选用#180型号砂纸，采用旋涂方法进行聚二甲基硅氧烷203(Sylgard184购自Dow Corning)涂覆，涂覆厚度为300um,将聚二甲基硅氧烷基体(PDMS)和交联剂以10:1的质量比混合均匀，磁力搅拌30min，置于真空环境中脱气30min消除气泡，工艺参数为：旋涂转速500rad/min，时间10s；旋涂完成后，将玻璃板201放置在热板表面，玻璃板201底面一侧与热板接触，设置加热温度为40℃，加热时间1～2min，对聚二甲基硅氧烷203进行初步固化，至接触玻璃板201的聚二甲基硅氧烷203(PDMS)凝固，上层仍处于胶状；
步骤4，选用#180型号砂纸204，使用去离子水对砂纸204表面进行冲洗、氮气吹干，将砂纸204表面喷雾去离子水，使其表面湿润；
步骤5，将涂覆聚二甲基硅氧烷203的玻璃板201压在砂纸204表面，聚二甲基硅氧烷203一侧向下贴合砂纸204表面，使用滚轮205在玻璃板201上方进行滚压，同时将砂纸204放置在热板表面，砂纸204底面与热板接触，设置加热温度为80℃，加热时间30min，使聚二甲基硅氧烷203(PDMS)完全固化；
步骤6，固化完成后，在砂纸204底面一侧或一角掀起砂纸，贴在滚筒206上，将滚筒206沿砂纸204平面滚动，拉动砂纸204从聚二甲基硅氧烷203一侧剥离，获得微结构层；
步骤7，对聚二甲基硅氧烷微结构表面进行氧等离子处理，工艺参数为：氧等离子处理功率5-10W/cm2，时间10min；
步骤8，选用现有商用的柔性FPCB技术制造的聚酰亚胺薄膜电极，聚酰亚胺薄膜207厚度约为40um,金属电极208厚度为200nm，对有金属电极208的一侧进行氧等离子处理，工艺参数为：氧等离子处理功率5-10W/cm2，时间10min；
步骤9，将聚酰亚胺薄膜电极与聚二甲基硅氧烷微结构表面进行贴合，有金属电极的一侧接触微结构表面；
步骤10，聚酰亚胺薄膜电极无电极的一侧进行氧等离子处理，将聚酰亚胺薄膜207刻蚀，直至电极镂空，形成金属电极阵列208，工艺参数为：氧等离子处理功率30-60W/cm2，时间30min；
步骤11，在热水中浸泡，在一侧或一角掀起聚二甲基硅氧烷薄膜203，贴在滚筒206上，将滚筒206沿基底平面滚动，拉动聚二甲基硅氧烷薄膜203从玻璃板201剥离，获得微结构层；
步骤12，重复1-11步骤，获得另一微结构层；
步骤13，将两个微结构层无微结构一侧进行氧等离子处理，处理后对齐层压到一起，用滚轮205在一侧滚压，得到电容式应变传感器。工艺参数为：氧等离子处理功率5-10W/cm2，时间10min。
实施例3
参阅附图2所示，选用#600型号砂纸，在洁净玻璃板基底上制造具有砂纸表面微结构电容式应变传感器的。所要制造的电容式应变传感器为三明治结构，其中上下电极103材料为金，厚度为200nm，介质层材料为聚二甲基硅氧烷101，单层厚度约为80um。
该制作方法包括以下步骤：
1、一种以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，选用洁净无尘玻璃板201作为硬质基板，在去离子水及无水乙醇中各超声清洗10min，清洗吹干；
步骤2，涂覆步骤：
采用旋涂方法在玻璃板201表面涂覆一层厚度为200um的聚乙烯醇薄膜202，工艺参数为：转速4000rad/min,时间60s，之后在120℃下烘干90s；
步骤3，本实施例选用#600型号砂纸，采用旋涂方法进行聚二甲基硅氧烷203(Sylgard184购自Dow Corning)涂覆，涂覆厚度为80um,将聚二甲基硅氧烷基体(PDMS)和交联剂以10:1的质量比混合均匀，磁力搅拌30min，置于真空环境中脱气30min消除气泡，工艺参数为：旋涂转速1300rad/min，时间60s；旋涂完成后，将玻璃板201放置在热板表面，玻璃板201底面一侧与热板接触，设置加热温度为40℃，加热时间1～2min，对聚二甲基硅氧烷203进行初步固化，至接触玻璃板201的聚二甲基硅氧烷203(PDMS)凝固，上层仍处于胶状；
步骤4，选用#600型号砂纸，使用去离子水对砂纸表面进行冲洗、氮气吹干，将砂纸表面喷雾去离子水，使其表面湿润；
步骤5，将涂覆聚二甲基硅氧烷203的玻璃板201压在砂纸204表面，聚二甲基硅氧烷203一侧向下贴合砂纸204表面，使用滚轮205在玻璃板201上方进行滚压，同时将砂纸204放置在热板表面，砂纸204底面与热板接触，设置加热温度为80℃，加热时间30min，使聚二甲基硅氧烷203(PDMS)完全固化；
步骤6，固化完成后，在砂纸底面一侧或一角掀起砂纸204，贴在滚筒206上，将滚筒206沿砂纸204平面滚动，拉动砂纸从聚二甲基硅氧烷203一侧剥离，获得微结构层；
步骤7，对聚二甲基硅氧烷微结构表面进行氧等离子处理，工艺参数为：氧等离子处理功率5-10W/cm2，时间10min；
步骤8，选用现有商用的柔性FPCB技术制造的聚酰亚胺薄膜电极，聚酰亚胺薄膜207厚度约为40um,金属电极208厚度为200nm，对有金属电极的一侧进行氧等离子处理，工艺参数为：氧等离子处理功率5-10W/cm2，时间10min；
步骤9，将聚酰亚胺薄膜电极与聚二甲基硅氧烷微结构表面进行贴合，有金属电极208的一侧接触微结构表面；
步骤10，聚酰亚胺薄膜电极无电极的一侧进行氧等离子处理，将聚酰亚胺薄膜207刻蚀，直至电极镂空，形成金属电极208阵列，工艺参数为：氧等离子处理功率30-60W/cm2，时间30min；
步骤11，在热水中浸泡，在一侧或一角掀起聚二甲基硅氧烷薄膜203，贴在滚筒206上，将滚筒206沿基底平面滚动，拉动聚二甲基硅氧烷薄膜203从玻璃板201剥离，获得微结构层；
步骤12，重复1-11步骤，获得另一微结构层；
步骤13，将两个微结构层无微结构一侧进行氧等离子处理，处理后对齐层压到一起，用滚轮205在一侧滚压，得到电容式应变传感器。工艺参数为：氧等离子处理功率5-10W/cm2，时间10min。
实施例4
参阅附图2所示，选用#600型号砂纸，在洁净玻璃板基底上制造具有砂纸表面微结构电容式应变传感器的。所要制造的电容式应变传感器为三明治结构，其中上下电极103材料为金，厚度为200nm，介质层材料为聚二甲基硅氧烷101，单层厚度约为100um。
该制作方法包括以下步骤：
1、一种以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，选用洁净无尘玻璃板201作为硬质基板，在去离子水及无水乙醇中各超声清洗10min，清洗吹干；
步骤2，涂覆步骤：
采用旋涂方法在玻璃板201表面涂覆一层厚度为200um的聚乙烯醇薄膜202，工艺参数为：转速4000rad/min,时间60s，之后在120℃下烘干90s；
步骤3，本实施例选用#600型号砂纸，采用旋涂方法进行聚二甲基硅氧烷203(Sylgard184购自Dow Corning)涂覆，涂覆厚度为100um,将聚二甲基硅氧烷基体(PDMS)和交联剂以10:1的质量比混合均匀，磁力搅拌30min，置于真空环境中脱气30min消除气泡，工艺参数为：旋涂转速1000rad/min，时间60s；旋涂完成后，将玻璃板201放置在热板表面，玻璃板201底面一侧与热板接触，设置加热温度为40℃，加热时间1～2min，对聚二甲基硅氧烷203进行初步固化，至接触玻璃板201的聚二甲基硅氧烷203(PDMS)凝固，上层仍处于胶状；
步骤4，选用#600型号砂纸，使用去离子水对砂纸表面进行冲洗、氮气吹干，将砂纸表面喷雾去离子水，使其表面湿润；
步骤5，将涂覆聚二甲基硅氧烷203的玻璃板201压在砂纸204表面，聚二甲基硅氧烷203一侧向下贴合砂纸204表面，使用滚轮205在玻璃板201上方进行滚压，同时将砂纸204放置在热板表面，砂纸204底面与热板接触，设置加热温度为80℃，加热时间30min，使聚二甲基硅氧烷203(PDMS)完全固化；
步骤6，固化完成后，在砂纸底面一侧或一角掀起砂纸204，贴在滚筒206上，将滚筒206沿砂纸204平面滚动，拉动砂纸从聚二甲基硅氧烷203一侧剥离，获得微结构层；
步骤7，对聚二甲基硅氧烷微结构表面进行氧等离子处理，工艺参数为：氧等离子处理功率5-10W/cm2，时间10min；
步骤8，选用现有商用的柔性FPCB技术制造的聚酰亚胺薄膜电极，聚酰亚胺薄膜207厚度约为40um,金属电极208厚度为200nm，对有金属电极的一侧进行氧等离子处理，工艺参数为：氧等离子处理功率5-10W/cm2，时间10min；
步骤9，将聚酰亚胺薄膜电极与聚二甲基硅氧烷微结构表面进行贴合，有金属电极208的一侧接触微结构表面；
步骤10，聚酰亚胺薄膜电极无电极的一侧进行氧等离子处理，将聚酰亚胺薄膜207刻蚀，直至电极镂空，形成金属电极208阵列，工艺参数为：氧等离子处理功率30-60W/cm2，时间30min；
步骤11，在热水中浸泡，在一侧或一角掀起聚二甲基硅氧烷薄膜203，贴在滚筒206上，将滚筒206沿基底平面滚动，拉动聚二甲基硅氧烷薄膜203从玻璃板201剥离，获得微结构层；
步骤12，重复1-11步骤，获得另一微结构层；
步骤13，将两个微结构层无微结构一侧进行氧等离子处理，处理后对齐层压到一起，用滚轮205在一侧滚压，得到电容式应变传感器。工艺参数为：氧等离子处理功率5-10W/cm2，时间10min。
由图3所示实施例1-4所获得的聚二甲基硅氧烷微结构电子显微镜照片可见敏感层微结构明显均匀，说明该方法能够获得较好的效果。
图4为电极阵列显微照片，结合传感器成品实物，可以看出电极阵列在大面积内排布完整，图形边缘好，大小均匀，与敏感层表面贴合紧密，适于电容检测。
由图5实施例所获得的电容式应变传感器对连续0.3％应变的电容变化测试结果可见，该方法制造的传感器灵敏度、重复性较高，噪声较小。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，选用硬质基板，对硬质基板表面进行清洗；
步骤2，在硬质基板上涂覆聚乙烯醇薄膜；
步骤3，在聚乙烯醇薄膜上涂覆柔性基底聚二甲基硅氧烷，在硬质基板一侧进行加热低温预处理，对聚二甲基硅氧烷进行初步固化；
步骤4，选用所需型号砂纸，对砂纸表面进行清洗，将砂纸表面喷水或其他脱模剂，使其表面湿润；
步骤5，将涂覆聚二甲基硅氧烷的硬质基板压在砂纸表面，聚二甲基硅氧烷一侧向下贴合砂纸表面，使用滚轮在硬质基板上方进行滚压，同时在砂纸底面一侧进行加热，将聚二甲基硅氧烷进行再次固化；
步骤6，将砂纸一角贴在滚筒一角，通过滚动滚筒，将砂纸从聚二甲基硅氧烷表面拉动剥离，获得具有微结构表面的聚二甲基硅氧烷；
步骤7，对聚二甲基硅氧烷微结构表面进行氧等离子处理；
步骤8，选用表面制作有电极的聚酰亚胺薄膜，对有金属电极的一侧进行氧等离子处理；
步骤9，将聚酰亚胺薄膜电极与微结构表面进行贴合，有金属电极的一侧接触微结构表面；
步骤10，对聚酰亚胺薄膜无电极的一侧进行氧等离子刻蚀；
步骤11，在热水中将聚二甲基硅氧烷与硬质基板进行分离，获得微结构聚二甲基硅氧烷层；
步骤12，重复步骤1至11，获得另一微结构层；
步骤13，将两个微结构聚二甲基硅氧烷层的平面一侧进行氧等离子处理，并对齐层压到一起，用滚轮在一侧滚压，得到电容式应变传感器。
2.根据权利要求1所述的一种以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法，其特征在于，步骤2中，聚乙烯醇薄膜的厚度为100um～200um。
3.根据权利要求1所述的一种以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法，其特征在于，步骤3中，聚二甲基硅氧烷涂覆的厚度为后续所选用砂纸的颗粒结构平均尺寸的1-2.5倍。
4.根据权利要求1所述的一种以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法，其特征在于，步骤3中，硬质基板一侧加热的温度为40℃，加热时间为1～2min。
5.根据权利要求1所述的一种以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法，其特征在于，步骤4中，砂纸的型号为#600到#180，表面颗粒尺寸为40um～140um。
6.根据权利要求1所述的一种以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法，其特征在于，步骤5中，砂纸底面一侧加热的温度为80℃，加热时间为30min。
7.根据权利要求1所述的一种以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法，其特征在于，步骤7中，氧等离子处理的处理功率为5-10W/cm2，时间为10min；步骤8中，对金属电极一侧氧等离子处理的功率为5-10W/cm2，时间为10min。
8.根据权利要求1所述的一种以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法，其特征在于，步骤8中，聚酰亚胺薄膜的厚度为20-50um；聚酰亚胺薄膜表面制作的金属电极的材料厚度为200-500nm。
9.根据权利要求1所述的一种以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法，其特征在于，步骤10中，对聚酰亚胺薄膜无电极的一侧进行氧等离子刻蚀的功率为30-60W/cm2，时间为30min。
10.根据权利要求1所述的一种以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法，其特征在于，步骤11中，将聚二甲基硅氧烷与硬质基板进行分离的方法具体为：在热水中浸泡，在一侧或一角掀起聚二甲基硅氧烷薄膜，贴在滚筒上，将滚筒沿基底平面滚动，拉动聚二甲基硅氧烷薄膜从硬质基板剥离。
CN201910956935.XA 2019-10-10 2019-10-10 以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法 Active CN110701992B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910956935.XA CN110701992B (zh) 2019-10-10 2019-10-10 以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法
PCT/CN2019/111383 WO2021068273A1 (zh) 2019-10-10 2019-10-16 以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910956935.XA CN110701992B (zh) 2019-10-10 2019-10-10 以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110701992A true CN110701992A (zh) 2020-01-17
CN110701992B CN110701992B (zh) 2020-07-24

Family

ID=69198980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910956935.XA Active CN110701992B (zh) 2019-10-10 2019-10-10 以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN110701992B (zh)
WO (1) WO2021068273A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112603286A (zh) * 2021-01-06 2021-04-06 嘉兴脉腾科技有限公司 在硅胶表面制作微结构的方法及摩擦传感器
CN112834089A (zh) * 2021-02-11 2021-05-25 福州大学 一种基于砂纸模板制备宽检测范围压阻式传感器的方法
CN114235234A (zh) * 2021-12-20 2022-03-25 哈尔滨工业大学 用于柔性充气展开结构测量的柔性压力传感器制备方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113237581B (zh) * 2021-05-06 2022-10-28 复旦大学附属中山医院 一种皮肤硬度传感器及其制作方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140037909A1 (en) * 2012-08-01 2014-02-06 Massachusetts Institute Of Technology Actuation and Control of Stamp Deformation in Microcontact Printing
CN106531733A (zh) * 2016-12-21 2017-03-22 清华大学 一种柔性压力传感器及其制备方法
CN108871629A (zh) * 2018-07-20 2018-11-23 浙江大学 一种柔性电阻式压力传感器阵列及其制备方法
CN109259891A (zh) * 2018-08-29 2019-01-25 华中科技大学 一种测量压力的电子皮肤及其制备方法
CN109724720A (zh) * 2018-11-20 2019-05-07 浙江大学 一种电容式柔性压力传感器及其制备方法
CN209131870U (zh) * 2018-12-10 2019-07-19 亿联线路板有限公司 压力传感器
CN110061715A (zh) * 2019-03-29 2019-07-26 山东科技大学 一种在非硅基底上制造压电薄膜谐振器的方法
CN110082010A (zh) * 2019-03-29 2019-08-02 中国科学院电子学研究所 柔性触觉传感器阵列及应用于其的阵列扫描系统
CN110132457A (zh) * 2019-05-28 2019-08-16 华中科技大学 一种多功能传感的柔性传感器及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105865667B (zh) * 2016-05-19 2018-06-01 北京印刷学院 基于微结构化介电层的电容式柔性压力传感器及其制备方法
US9976952B2 (en) * 2016-06-03 2018-05-22 Rmit University Flexible or stretchable sensor for use in detecting a substance and/or electromagnetic radiation, and a method for detecting thereof
CN206740283U (zh) * 2017-04-21 2017-12-12 清华大学深圳研究生院 压力敏感层、压阻式压力传感器及压阻式压力传感阵列
CN109445224B (zh) * 2018-12-24 2020-12-15 中山大学 提升穿戴舒适性的电子纸器件制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140037909A1 (en) * 2012-08-01 2014-02-06 Massachusetts Institute Of Technology Actuation and Control of Stamp Deformation in Microcontact Printing
CN106531733A (zh) * 2016-12-21 2017-03-22 清华大学 一种柔性压力传感器及其制备方法
CN108871629A (zh) * 2018-07-20 2018-11-23 浙江大学 一种柔性电阻式压力传感器阵列及其制备方法
CN109259891A (zh) * 2018-08-29 2019-01-25 华中科技大学 一种测量压力的电子皮肤及其制备方法
CN109724720A (zh) * 2018-11-20 2019-05-07 浙江大学 一种电容式柔性压力传感器及其制备方法
CN209131870U (zh) * 2018-12-10 2019-07-19 亿联线路板有限公司 压力传感器
CN110061715A (zh) * 2019-03-29 2019-07-26 山东科技大学 一种在非硅基底上制造压电薄膜谐振器的方法
CN110082010A (zh) * 2019-03-29 2019-08-02 中国科学院电子学研究所 柔性触觉传感器阵列及应用于其的阵列扫描系统
CN110132457A (zh) * 2019-05-28 2019-08-16 华中科技大学 一种多功能传感的柔性传感器及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112603286A (zh) * 2021-01-06 2021-04-06 嘉兴脉腾科技有限公司 在硅胶表面制作微结构的方法及摩擦传感器
CN112834089A (zh) * 2021-02-11 2021-05-25 福州大学 一种基于砂纸模板制备宽检测范围压阻式传感器的方法
CN112834089B (zh) * 2021-02-11 2021-11-30 福州大学 一种基于砂纸模板制备宽检测范围压阻式传感器的方法
CN114235234A (zh) * 2021-12-20 2022-03-25 哈尔滨工业大学 用于柔性充气展开结构测量的柔性压力传感器制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110701992B (zh) 2020-07-24
WO2021068273A1 (zh) 2021-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110701992B (zh) 以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法
CN109945999B (zh) 一种柔性薄膜压力传感器的制备方法
CN108318161A (zh) 可穿戴压力传感器及其制造方法
CN106908176B (zh) 具有微结构化的多相介电层电容式压力传感器及其制法
Wang et al. Silk‐molded flexible, ultrasensitive, and highly stable electronic skin for monitoring human physiological signals
CN110108375B (zh) 一种基于MXene材料的电子皮肤及其制备方法
CN109186817B (zh) 一种电容式柔性压力传感器及其制造方法
CN110579297A (zh) 基于MXene仿生皮肤结构的高灵敏度柔性压阻传感器
CN109115376A (zh) 一种电容式柔性压力传感器及其制备方法
CN208765878U (zh) 一种电容式柔性压力传感器
CN110063724B (zh) 柔性生物电极及其制备方法
WO2019222969A1 (zh) 一种基于半球形微结构的柔性压力传感器及其制造方法
CN105758562A (zh) 一种柔性压力传感器及其制备方法
Kumar Recent progress in the fabrication and applications of flexible capacitive and resistive pressure sensors
CN112848269B (zh) 一种基于3d打印模板法的三维压力传感器及其制备方法
Palaniappan et al. Flexible M-tooth hybrid micro-structure-based capacitive pressure sensor with high sensitivity and wide sensing range
US11926524B1 (en) Methods, apparatus, and systems for fabricating solution-based conductive 2D and 3D electronic circuits
Wang et al. High-sensitivity flexible pressure sensor with low working voltage based on sphenoid microstructure
CN112504518A (zh) 一种柔性电容式压力传感器及其制备方法
Yang et al. Ultra-sensitive, stretchable, and bidirectional wearable strain sensor for human motion detection
Shi et al. Flexible electronic skin with nanostructured interfaces via flipping over electroless deposited metal electrodes
Eshkeiti et al. A stretchable and wearable printed sensor for human body motion monitoring
Zhao et al. Track-etch membranes as tools for template synthesis of highly sensitive pressure sensors
Liu et al. Superstretchable and Linear-Response Strain Sensors With Carbon Nanotubes Ultrasonically Assembled on Silicone Rubber Film
Chen et al. Microstructured flexible pressure sensor based on nanofibrous films for human motions and physiological detection

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20221206

Address after: Room 308, Science Park, Shandong University of Science and Technology, No. 579, Qianwangang Road, Huangdao District, Qingdao, Shandong 266590

Patentee after: Qingdao Shanhai Microelectronics Co.,Ltd.

Address before: 579 qianwangang Road, Huangdao District, Qingdao City, Shandong Province

Patentee before: SHANDONG University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

TR01 Transfer of patent right