CN111044183A - 柔性压力传感及其制备方法 - Google Patents
柔性压力传感及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111044183A CN111044183A CN201911348848.2A CN201911348848A CN111044183A CN 111044183 A CN111044183 A CN 111044183A CN 201911348848 A CN201911348848 A CN 201911348848A CN 111044183 A CN111044183 A CN 111044183A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- dielectric layer
- dielectric
- transition
- pressure sensor
- 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
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 9
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 120
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 112
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 24
- VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N dopamine Chemical compound NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims description 21
- 229960003638 dopamine Drugs 0.000 claims description 15
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 claims description 9
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 claims description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 5
- 239000002804 dopamine agent Substances 0.000 claims description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 54
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 39
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 38
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 15
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 14
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 12
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 12
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005021 gait Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/08—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of piezoelectric devices, i.e. electric circuits therefor
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
柔性压力传感及其制备方法，该柔性压力传感器包括，第一电极层、第二电极层、介电层、设置于介电层与第一电极层之间的第一过渡层及设置于介电层与第二电极层之间的第二过渡层，第一过渡层由第一电极层材料及介电层材料混合而成，第二过渡层由第二电极层材料及第二过渡层材料混合而成。该柔性压力传感器能够使得不同的材料之间具有较高的结合力，提高压力传感器的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及可穿戴传感器技术领域，尤其是一种柔性压力传感及其制备方法。
背景技术
可穿戴传感器可实现人体多种指标的连续、无创检测，在现代医疗检测中正扮演越来越重要的角色。例如可在衣物中引入柔性压力传感器以监测心率、脉搏等生理信号，或在鞋中加入压力传感器以监测使用者的足底压力、步态并评估运动状态和损伤。
压力传感器可分为电阻式、电容式和压电式压力传感器，不同种类的传感器传感原理不同，但评价一个传感器性能好坏的指标都是一样的，主要包括灵敏度、稳定性、线性度、精度、分辨率、量程和迟滞等。目前，压电式、电容式和电阻式柔性传感器的最高灵敏度分别为0.02kPa-1、0.55kPa-1、1.8kPa-1，压电式压力传感器的最大量程可达几十到几百MPa，而电容式和电阻式压力传感器的最大量程小于1MPa,因此，若要获得更高灵敏度大量程的压力传感器，往往选用电容式和压电式复合压力传感器进行研究，但压电式压力传感器主要是用来测动态压力，无法对静态压力进行检测，而电容式压力传感器即可测动态压力，也可测静态压力。
电容式柔性压力传感器由柔性高弹性的介质材料及附着于介质材料两面的柔性导电材料组成，介质材料的电容等于介质基体的介电常数与面积的乘积除以厚度，
电容由介质材料的介电常数、面积和厚度决定。
在现有技术中，介电材料与导电材料为两种不同材料，导电材料与介质材料之间一般通过压合法、沉积法或者粘合法来粘接，但是上述的粘结方式不牢靠，且会影响器件的性能。
进一步地，通过电容式柔性压力传感器的工作原理可知，若需要高灵敏度的传感器，一般会选用模量较低，弹性较高的介电材料，而若需要大量程的压力传感器，一般会选择模量较高的介电材料，以抵抗较大的压力，因此很难有一种同时兼顾高灵敏度及大量程的柔性压力传感器的存在。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种柔性压力传感及其制备方法，该柔性压力传感器能够使得不同的材料之间具有较高的结合力，提高压力传感器的可靠性。
本发明提供了一种柔性压力传感器，包括介电层、第一电极层、第二电极层、第一过渡层及第二过渡层，从所述柔性压力传感器的一侧至另一侧，所述第一电极层、所述第一过渡层、所述介电层、所述第二过渡层及所述第二电极层依次层叠设置，所述第一过渡层由所述第一电极层的材料及所述介电层的材料混合制成，所述第二过渡层由所述第二电极层的材料及所述介电层的材料混合制成。
进一步地，所述第一过渡层及所述第二过渡层的厚度为20-100nm，所述第一电极层及所述第二电极层的厚度为20-100nm。
进一步地，所述第一过渡层及所述第二过渡层内还混合有多巴胺或硅烷偶联剂。
进一步地，所述介电层包括模量及弹性不同的第一介电层及第二介电层，以及设置于所述第一介电层与所述第二介电层之间的介电过渡层，所述介电过渡层由第一介电层的材料及所述第二介电层的材料混合而成，所述第一过渡层设置于所述第一介电层与所述第一电极层之间，所述第一过渡层由所述第一介电层的材料及所述第一电极层的材料混合而成，所述第二过渡层设置于所述第二介电层与所述第二电极层之间，所述第二过渡层由所述第二介电层的材料及所述第二电极层的材料混合而成。
进一步地，所述第一介电层为弹性形变高于100％、弹性模量低于2MPa的高弹性形变、低弹性模量材料，所述第二介电层为弹性形变低于100％、弹性模量高于2MPa的低弹性、高模量材料。
进一步地，所述第一介电层相比于所述第二介电层更靠近所述柔性压力传感器的受力面。
本发明还提供了一种柔性压力传感器的制备方法，该方法包括如下步骤：
提供介电层；
配置介电层材料的第一溶液，并在该第一溶液中加入第一电极层材料的纳米金属颗粒，以及配置介电层材料的第二溶液，并在该溶液中加入第二电极层材料的纳米金属颗粒；
将假如有纳米金属颗粒的所述第一溶液及所述第二溶液分别涂覆于所述介电层的两侧，并进行烘干，以形成第一过渡层及第二过渡层；
分别在所述第一过渡层及所述第二过渡层远离所述介电层的一侧上形成第一电极及第二电极。
进一步地，在配置所述第一溶液及所述第二溶液时，按质量百分比计，所述介电层材料与溶剂材料分别按照5％～16％和95％～84％进行混合，所述第一电极层材料或所述第二电极层材料的纳米金属颗粒占加入所述纳米金属颗粒后溶液的质量百分比为1wt％～10wt％。
进一步地，所述第一溶液及所述第二溶液内还含有以浓度计1-5g/L的多巴胺或以质量计10～16％的硅烷偶联剂。
进一步地，该方法还包括：
提供第一介电层及第二介电层；
配置含有所述第一介电层材料及所述第二介电层材料的第三溶液，并将该所述第三溶液涂覆于所述第一介电层及所述第二介电层上，以形成介电过渡层；
将所述第一介电层及所述第二介电层通过所述介电过渡层贴合于一体。
进一步地，以质量百分比计，所述第一介电层材料及所述第二介电层材料在所述第三溶液内的含量分别为5％-8％及5％-8％。
综上所述，本发明通过第一过渡层及第二过渡层的设置，并使得第一过渡层由第一电极层的材料及介电层的材料混合制成，第二过渡层由第二电极层的材料及介电层的材料混合制成。也即在介电层与两个电极之间，分别通过掺杂介电层与对应的电极层的材料而形成过渡层，这能够提高第一电极层及第二电极层与介电层之间的粘结性能，提高截面结合强度，继而提高压力传感器的可靠性。进一步地，介电层由模量及弹性不同的第一介电层及第二介电层组成，并且第一介电层及第二介电层之间设置有由相邻两个介电层材料形成的介电过渡层，这能够提高其灵敏度，增大其量程。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1所示为本发明第一实施例中柔性压力传感器的截面结构示意图。
图2所示为本发明第二实施例中柔性压力传感器的截面结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。
本发明提供了一种柔性压力传感及其制备方法，该柔性压力传感器能够使得不同的材料之间具有较高的结合力，提高压力传感器的可靠性。
图1所示为本发明第一实施例中柔性压力传感器的截面结构示意图。如图1所示，本发明提供的柔性压力传感器包括介电层10、第一电极层21、第二电极层22、第一过渡层31及第二过渡层32，从柔性压力传感器的一侧至另一侧，第一电极层21、第一过渡层31、介电层10、第二过渡层32及第二电极层22依次层叠设置。也即，介电层10设置于第一过渡层31与第二过渡层32之间，第一过渡层31设置于第一电极层21与介电层10之间，第二过渡层32设置于介电层10与第二电极层22之间。在本实施例中，第一过渡层31由第一电极层21材料的及介电层10的材料混合制成，第二过渡层32由第二电极层22的材料及介电层10的材料混合制成。
在本实施例中，通过第一过渡层31及第二过渡层32的设置，并使得第一过渡层31由第一电极层21的材料及介电层10的材料混合制成，第二过渡层32由第二电极层22的材料及介电层10的材料混合制成。也即在介电层10与两个电极之间，分别通过掺杂介电层10与对应的电极层的材料而形成过渡层，这能够提高第一电极层21及第二电极层22与介电层10之间的粘结性能，提高截面结合强度，继而提高压力传感器的可靠性。
在本实施例中，介电层10的厚度为0.5-5mm，第一过渡层31及第二过渡层32的厚度为20-100nm，第一电极层21及第二电极层22的厚度为20-100nm。
介电层10的材质可以为PVDF(聚偏氟乙烯)，第一电极层21及第二电极层22的材料可以为纳米银、金、铂、铜、铝等纳米金属颗粒。以及，若介电材料层的材质为PVDF，而第一电极层21的材质为纳米银，则第一过渡层31的材质为PVDF与纳米银的混合物；若第二电极层22的材质为纳米金，则第二过渡层32的材质为PVDF与纳米金的混合物。
第一过渡层31及第二过渡层32可以由纳米金属颗粒加入介电层10材料形成的溶液内，并经过烘干而成。为了增加第一电极层21及第二电极层22材质的纳米金属颗粒在第一过渡层31及第二过渡层32内的均匀性，在第一过渡层31及第二过渡层32还加入有多巴胺。通过在制备过程中的含有纳米金属颗粒的介电层10材料的溶液内加入多巴胺，可以改善纳米金属颗粒在第一过渡层31及第二过渡层32内分布的均匀。在其它实施例中，也可以用硅烷偶联剂来替代多巴胺，改善纳米金属颗粒在第一过渡层31及第二过渡层32内的均匀性。
图2所示为本发明第二实施例中柔性压力传感器的截面结构示意图。如图2所示，本发明第二实施例提供的柔性压力传感器与第一实施例基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，介电层10包括模量及弹性不同的第一介电层11、第二介电层12及设置于第一介电层11与第二介电层12中间的介电过渡层13，介电过渡层13由第一介电层11的材料及第二介电层12的材料混合而成。第一过渡层31形成于第一介电层11与第一电极层21之间，第二过渡层32形成于第二介电层12与第二电极之间，与之相应地，第一过渡层31由第一介电层11的材料及第一电极层21的材料混合而成，第二过渡层32由第二介电层12的材料及第二电极层22的材料混合而成。
在本实施例中，通过将介电层10同样由第一介电层11及第二介电层12两种材质组成，其可以根据需要选用不同的模量及弹性的材质，例如，可以将其中之一选用低模量、高弹性的材质，以提高柔性压力传感器的灵敏度；且将其中另一选用高模量，低弹性的材质，以增大柔性压力传感器的量程。通过在第一介电层11及第二介电层12之间设置介电过渡层13，并使介电过渡层13由第一介电层11的材料及第二介电层12的材料混合而成，这能够提高两种介电层10之间的结合性能，通过对两个介电层10材料之间的界面调控，使得整个介电层10融为一体，实现高可靠性压力传感器的制备。
在本实施例中，第一介电层11的厚度可以为0.5～2.5mm，第二介电层12的厚度可以为0.5～2.5mm，介电过渡层13的厚度可以为20-100nm。
在本实施例中，第一介电层11为弹性形变高于100％、弹性模量低于2MPa的高弹性形变、低弹性模量材料，如PDMS(聚二甲基硅氧烷，polydimethylsiloxane)，第二介电层12为弹性形变低于100％、弹性模量高于2MPa的低弹性形变、高弹性模量材料，如PVDF。
在本实施例中，第一介电层11相比于第二介电层12在柔性压力传感器中的位置，更靠近柔性压力传感器的受力面，也即，如图2所示，若柔性压力传感器主要是检测第一电极层21上方受到的作用力，那么，第一介电层11相比于第二介电层12更靠近上方。
由于高弹性、低模量材料可以对较小的力做出响应，因此，通过将第一介电层11更靠近受力面设置，能够更好地对较小的作用力进行检测，这能够进一步地提高柔性压力传感器的灵敏度。在柔性压力传感器收到较大的作用力时，作用力能够穿过第一介电层11作用于第二介电层12上；由于低弹性、高模量材料能够抵抗较大的压力，这一方面能够更好地为高弹性、低模量材料的第一介电层11进行支撑，另一方面也能够增大柔性压力传感器的量程。使得柔性压力传感器同时兼顾高灵敏度及大量程的优点。
本发明还提供了一种柔性压力传感器的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
提供介电层10；
配置介电层10材料的第一溶液，并在该第一溶液中加入第一电极层21材料的纳米金属颗粒，以及配置介电层10材料的第二溶液，并在该第二溶液中加入第二电极层22材料的纳米金属颗粒；
将加入有纳米金属颗粒的第一溶液及第二溶液分别涂覆于介电层10的两侧，并进行烘干，以形成第一过渡层31及第二过渡层32；
分别在第一过渡层31及第二过渡层32远离介电层10的一侧上形成第一电极层21及第二电极层22，以制得柔性压力传感器。
进一步地，在配置第一溶液及第二溶液时，可以以DMF(N,N-二甲基甲酰胺，N,N-Dimethylformamide)为溶剂，按照介电层材料10及溶剂质量百分比分别为5％～16％和95％～84％进行混合，并通过加热及磁力搅拌处理，使得介电层10材料完全溶解于溶剂中。然后向其中加入第一电极层21或第二电极层22相同材质的纳米金属颗粒，纳米金属颗粒占整个溶液的质量百分比为1wt％～10wt％：并均匀分散，以形成第一溶液或第二溶液。
进一步地，为了提高纳米金属颗粒在溶液中的分散性能，在第一溶液及第二溶液中还可以加入多巴胺或硅烷偶联剂，以浓度计，多巴胺在溶液内的含量为1-5g/L，并调节其PH为8-12，硅烷偶联剂在溶液内的质量比含量为：10～16％。
进一步地，在将第一溶液及第二溶液涂覆于介电层10的两侧时，可以通过旋涂的方法进行，其转速为800r～2000r/min，时间为30s～1min，烘干后得到的第一过渡层31及第二过渡层32的厚度为20-100nm。在将第一电极层21及第二电极层22形成于第一过渡层31及第二过渡层32上时，可以通过旋涂的方式进行，其转速为800r～2000r/min，时间为30s～1min，烘干后得到的第一电极层21及第二电极层22的厚度为20-100nm。
在本发明的另一个实施例中，该方法还包括：
提供第一介电层11及第二介电层12；
配置含有第一介电层11材料及第二介电层12材料的第三溶液，并将第三溶液涂覆于第一介电层11及第二介电层12上，以形成介电过渡层13；
将第一介电层11及第二介电层12通过介电过渡层13贴合于一体，以形成介电层10。
在第三溶液中，以质量百分比计，第一介电层11材料与第二介电层12材料的质量分数分别为5％-8％和5％-8％。
以下以具体实施例来对柔性压力传感器的制备方法进行说明：
实施例1
将1g的PVDF粉体融入10g的DMF溶液，设置40℃并磁力搅拌直至PVDF粉体全部溶解，在溶液中加入0.01g多巴胺，用氨水调节PH值为8，再加入0.11g的纳米银颗粒，搅拌均匀，将混合液旋涂于PVDF介电层10的上、下表面，转速800r/min，时间30s，固化后得到厚度为100nm的第一过渡层31及第二过渡层32，再旋涂纳米银浆，转速800r/min，时间30s，固化后得到厚度为100nm的第一电极层21及第二电极层22。得到高可靠性压电式柔性压力传感器，传感器的灵敏度为0.1kpa-1，量程为200Mpa，电极层与基体材料的结合力采用百格法测试，第一电极层21及第二电极层22与PVDF的结合力通过百格法测试的结果约为5B，具有高可靠性。
实施例2
将1g的PVDF粉体融入10g的DMF溶液，设置80℃并磁力搅拌直至PVDF粉体全部溶解，在溶液中加入0.02g多巴胺，用氨水调节PH值为12，再加入1.1g的纳米铂颗粒，搅拌均匀，将混合液旋涂于PVDF介电层10的上、下表面，转速2000r/min，时间1min，固化后得到厚度为20nm的第一过渡层31及第二过渡层32，再旋涂纳米铂浆料，转速2000r/min，时间1min，固化后得到厚度为20nm的第一电极层21及第二电极层22。得到高可靠性压电式柔性压力传感器，传感器的灵敏度为0.2kpa-1，量程为500MPa，电极层与基体材料的结合力采用百格法测试，第一电极层21及第二电极层22与PVDF的结合力通过百格法测试的结果约为5B，具有高可靠性。
实施例3
将PDMS前基体10g和固化剂1g与0.03g多巴胺(加入氨水调节PH值为8)和纳米银颗粒0.11g均匀混合，将混合液旋涂于PDMS材质的第一介电层11的上表面，转速：800r/min，时间30s，固化后得到厚度为100nm的第一过渡层31，在第一过渡层31的上表面再旋涂纳米银浆料，转速：800r/min,时间30s，固化后形成厚度为100nm的第一电极层21。
将1g的PVDF粉体融入10g的DMF溶液，设置40℃并磁力搅拌直至PVDF粉体全部溶解。
将PDMS前基体10g和固化剂1g混合均匀，在其中加入PVDF的DMF溶液1.1g，混合均匀，将混合液旋涂于PVDF材质的第二介电层12的上表面，转速：800r/min，时间30s，形成厚度为100nm的介电过渡层13。
将上述PDMS材质的第一介电层11的下表面贴敷于介电过渡层13上。
将1g的PVDF粉体融入10g的DMF溶液，设置40℃并磁力搅拌直至PVDF粉体全部溶解。在PVDF的DMF溶液中加入0.04g多巴胺(加入氨水，调节PH值为8)，再加入一定量的纳米银颗粒0.11g，搅拌并分散均匀。将混合溶液旋涂到上述PVDF材质的第二介电层12的下表面，转速：800r/min,时间30s，固化后得到的第二过渡层32的厚度为100nm，再在第二过渡层32的上表面旋涂纳米银浆料，转速：800r/min,时间30s，固化后形成厚度为100nm的第二电极层22。得到高可靠性大量程高灵敏压力传感器，传感器的灵敏度为1kpa-1，量程为800MPa，电极层与基体材料的结合力采用百格法测试，第一电极层21与PDMS的结合力及第二电极层22与PVDF的结合力通过百格法测试的结果约为5B，具有高可靠性。
实施例4
将PDMS前基体10g和固化剂1g与0.05g多巴胺(加入氨水调节PH值为12)和纳米铂颗粒0.11g均匀混合，将混合液旋涂于PDMS材质的第一介电层11的上表面，转速：2000r/min，时间1min，固化后得到厚度为20nm的第一过渡层31，再在第一过渡层31的上表面旋涂纳米铂浆料，转速：2000r/min,时间1min，固化后形成厚度为20nm的第一电极层21。
将1g的PVDF粉体融入10g的DMF溶液，设置80℃并磁力搅拌直至PVDF粉体全部溶解。
将PDMS前基体10g和固化剂1g混合均匀，在其中加入PVDF的DMF溶液5.5g，混合均匀，将混合液旋涂于PVDF材质的第二介电层12的上表面，转速：2000r/min，时间1min，形成厚度为20nm的介电过渡层13。
将上述PDMS材质的第一介电层11的下表面贴敷于介电过渡层13之上。
将1g的PVDF粉体融入10g的DMF溶液，设置80℃并磁力搅拌直至PVDF粉体全部溶解。在PVDF的DMF溶液中加入0.05g多巴胺(加入氨水，调节PH值为12)，再加入一定量的纳米铂颗粒1.1g，搅拌并分散均匀。将混合溶液旋涂到上述PVDF材质的第二介电层12的下表面，转速：2000r/min,时间1min，固化后得到的第二过渡层32的厚度为20nm，再旋涂纳米铂金属浆料，转速：2000r/min,时间1min，固化后形成厚度为20nm的第二电极层22。得到高可靠性大量程高灵敏压力传感器，传感器的灵敏度为1.5kpa-1，量程为1GPa，电极层与基体材料的结合力采用百格法测试，第一电极层21与PDMS的结合力及第二电极层22与PVDF的结合力通过百格法测试的结果约为5B，具有高可靠性。
实施例5
将1g的PVDF粉体融入10g的DMF溶液，设置40℃并磁力搅拌直至PVDF粉体全部溶解，在溶液中加入1.66g硅烷偶联剂，再加入0.13g的纳米银颗粒，搅拌均匀，将混合液旋涂于PVDF介电层10的上、下表面，转速800r/min，时间30s，固化后得到厚度为100nm的第一过渡层31及第二过渡层32，再旋涂纳米银浆，转速800r/min，时间30s，固化后得到厚度为100nm的第一电极层21及第二电极层22。得到高可靠性压电式柔性压力传感器，传感器的灵敏度为0.1kpa-1，量程为200Mpa，电极层与基体材料的结合力采用百格法测试，第一电极层21及第二电极层22与PVDF的结合力通过百格法测试的结果约为5B，具有高可靠性。
对比例1
将纳米银浆料旋涂于PVDF介电层10的上、下表面，转速800r/min，时间30s，固化后得到厚度为100nm的第一电极层21及第二电极层22。得到压电式柔性压力传感器，传感器的灵敏度为0.1kpa-1，量程为600MPa，电极层与基体材料的结合力采用百格法测试，第一电极层21及第二电极层22与PVDF的结合力通过百格法测试的结果约为3B，可靠性较低。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (11)
1.一种柔性压力传感器，其特征在于：包括介电层、第一电极层、第二电极层、第一过渡层及第二过渡层，从所述柔性压力传感器的一侧至另一侧，所述第一电极层、所述第一过渡层、所述介电层、所述第二过渡层及所述第二电极层依次层叠设置，所述第一过渡层由所述第一电极层的材料及所述介电层的材料混合制成，所述第二过渡层由所述第二电极层的材料及所述介电层的材料混合制成。
2.根据权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于：所述第一过渡层及所述第二过渡层的厚度为20-100nm，所述第一电极层及所述第二电极层的厚度为20-100nm。
3.根据权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于：所述第一过渡层及所述第二过渡层内还混合有多巴胺或硅烷偶联剂。
4.根据权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于：所述介电层包括模量及弹性不同的第一介电层及第二介电层，以及设置于所述第一介电层与所述第二介电层之间的介电过渡层，所述介电过渡层由第一介电层的材料及所述第二介电层的材料混合而成，所述第一过渡层设置于所述第一介电层与所述第一电极层之间，所述第一过渡层由所述第一介电层的材料及所述第一电极层的材料混合而成，所述第二过渡层设置于所述第二介电层与所述第二电极层之间，所述第二过渡层由所述第二介电层的材料及所述第二电极层的材料混合而成。
5.根据权利要求4所述的柔性压力传感器，其特征在于：所述第一介电层为弹性形变高于100％、弹性模量低于2MPa的高弹性形变、低弹性模量材料，所述第二介电层为弹性形变低于100％、弹性模量高于2MPa的低弹性、高模量材料。
6.根据权利要求5所述的柔性压力传感器，其特征在于：所述第一介电层相比于所述第二介电层更靠近所述柔性压力传感器的受力面。
7.一种柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
提供介电层；
配置介电层材料的第一溶液，并在该第一溶液中加入第一电极层材料的纳米金属颗粒，以及配置介电层材料的第二溶液，并在该溶液中加入第二电极层材料的纳米金属颗粒；
将加入有纳米金属颗粒的所述第一溶液及所述第二溶液分别涂覆于所述介电层的两侧，并进行烘干，以形成第一过渡层及第二过渡层；
分别在所述第一过渡层及所述第二过渡层远离所述介电层的一侧上形成第一电极及第二电极。
8.根据权利要求7所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：在配置所述第一溶液及所述第二溶液时，按质量百分比计，所述介电层材料与溶剂分别按照5％～16％和95％～84％进行混合，所述第一电极层材料或所述第二电极层材料的纳米金属颗粒占加入所述纳米金属颗粒后溶液的质量百分比为1wt％～10wt％。
9.如权利要求7所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述第一溶液及所述第二溶液内还含有以浓度计1-5g/L的多巴胺或以质量计10～16％的硅烷偶联剂。
10.如权利要求7所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：该方法还包括：
提供第一介电层及第二介电层；
配置含有所述第一介电层材料及所述第二介电层材料的第三溶液，并将该所述第三溶液涂覆于所述第一介电层及所述第二介电层上，以形成介电过渡层；
将所述第一介电层及所述第二介电层通过所述介电过渡层贴合于一体。
11.如权利要求10所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：以质量百分比计，所述第一介电层材料及所述第二介电层材料在所述第三溶液内的含量分别为5％-8％及5％-8％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911348848.2A CN111044183B (zh) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | 柔性压力传感及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911348848.2A CN111044183B (zh) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | 柔性压力传感及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111044183A true CN111044183A (zh) | 2020-04-21 |
| CN111044183B CN111044183B (zh) | 2022-03-18 |
Family
ID=70239037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911348848.2A Active CN111044183B (zh) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | 柔性压力传感及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111044183B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111855029A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-10-30 | 京东方科技集团股份有限公司 | 柔性压力传感器及其制备方法、电子装置 |
| CN112515326A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-19 | 王铭衡 | 一种设置点接触式可穿戴压力传感器的背包 |
| CN114354030A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-04-15 | 之江实验室 | 具有模量梯度微结构的宽量程柔性压力传感器及制备方法 |
Citations (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0745475A (ja) * | 1993-06-29 | 1995-02-14 | Hitachi Ltd | 薄膜コンデンサ及びその製造方法 |
| CN1691323A (zh) * | 2004-04-19 | 2005-11-02 | 国际商业机器公司 | 提高上层cvd低k电介质及其覆盖层间粘附力的结构 |
| US20070085166A1 (en) * | 2005-10-19 | 2007-04-19 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Printed circuit board with film capacitor embedded therein and method for manufacturing the same |
| US20070139859A1 (en) * | 2003-10-31 | 2007-06-21 | Tetsuya Osaka | Thin film capacitor, high-density packaging substrate incorporating thin film capacitor, and method for manufacturing thin-film capacitor |
| CN101221981A (zh) * | 2007-01-09 | 2008-07-16 | 财团法人工业技术研究院 | 具有混合高介电材料层的电子元件及其制造方法 |
| CN102163687A (zh) * | 2010-12-10 | 2011-08-24 | 清华大学 | 一种高压电响应氧化锌柔性压力传感器及其制备方法 |
| CN102568820A (zh) * | 2010-12-31 | 2012-07-11 | 深南电路有限公司 | 一种共面式内置电容及其制造方法 |
| CN102568818A (zh) * | 2010-12-20 | 2012-07-11 | 北京有色金属研究总院 | 一种玻璃陶瓷叠层电容器的内电极及其制备方法 |
| US20130143379A1 (en) * | 2011-12-05 | 2013-06-06 | Elpida Memory, Inc. | Leakage reduction in dram mim capacitors |
| CN103578747A (zh) * | 2012-08-09 | 2014-02-12 | 深南电路有限公司 | 一种内置电容及其制备方法 |
| CN105556267A (zh) * | 2013-09-20 | 2016-05-04 | 株式会社村田制作所 | 按压检测传感器 |
| CN106017748A (zh) * | 2016-05-19 | 2016-10-12 | 北京印刷学院 | 基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器及其制备方法 |
| CN107527736A (zh) * | 2016-06-20 | 2017-12-29 | 太阳诱电株式会社 | 多层陶瓷电容器 |
| CN105190224B (zh) * | 2013-03-21 | 2018-08-31 | 株式会社村田制作所 | 位移传感器、按压量检测传感器以及触摸式输入装置 |
| EP2258330B1 (en) * | 2009-06-05 | 2018-09-26 | Hill-Rom Industries SA | Pressure sensor capacitive cell and support device |
| US10222279B1 (en) * | 2014-06-19 | 2019-03-05 | Amazon Technologies, Inc. | Force measurement device |
| CN109932105A (zh) * | 2017-12-15 | 2019-06-25 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 电容型压力传感器及其制备方法 |
| CN110068404A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-30 | 深圳市航天新材科技有限公司 | 一种电阻式柔性压力传感器件及其制备方法、传感器阵列 |
| CN110416401A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-11-05 | 清华大学深圳研究生院 | 一种压力传感器及制作方法 |
-
2019
- 2019-12-24 CN CN201911348848.2A patent/CN111044183B/zh active Active
Patent Citations (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0745475A (ja) * | 1993-06-29 | 1995-02-14 | Hitachi Ltd | 薄膜コンデンサ及びその製造方法 |
| US20070139859A1 (en) * | 2003-10-31 | 2007-06-21 | Tetsuya Osaka | Thin film capacitor, high-density packaging substrate incorporating thin film capacitor, and method for manufacturing thin-film capacitor |
| CN1691323A (zh) * | 2004-04-19 | 2005-11-02 | 国际商业机器公司 | 提高上层cvd低k电介质及其覆盖层间粘附力的结构 |
| US20070085166A1 (en) * | 2005-10-19 | 2007-04-19 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Printed circuit board with film capacitor embedded therein and method for manufacturing the same |
| CN101221981A (zh) * | 2007-01-09 | 2008-07-16 | 财团法人工业技术研究院 | 具有混合高介电材料层的电子元件及其制造方法 |
| EP2258330B1 (en) * | 2009-06-05 | 2018-09-26 | Hill-Rom Industries SA | Pressure sensor capacitive cell and support device |
| CN102163687A (zh) * | 2010-12-10 | 2011-08-24 | 清华大学 | 一种高压电响应氧化锌柔性压力传感器及其制备方法 |
| CN102568818A (zh) * | 2010-12-20 | 2012-07-11 | 北京有色金属研究总院 | 一种玻璃陶瓷叠层电容器的内电极及其制备方法 |
| CN102568820A (zh) * | 2010-12-31 | 2012-07-11 | 深南电路有限公司 | 一种共面式内置电容及其制造方法 |
| US20130143379A1 (en) * | 2011-12-05 | 2013-06-06 | Elpida Memory, Inc. | Leakage reduction in dram mim capacitors |
| CN103578747A (zh) * | 2012-08-09 | 2014-02-12 | 深南电路有限公司 | 一种内置电容及其制备方法 |
| CN105190224B (zh) * | 2013-03-21 | 2018-08-31 | 株式会社村田制作所 | 位移传感器、按压量检测传感器以及触摸式输入装置 |
| CN105556267A (zh) * | 2013-09-20 | 2016-05-04 | 株式会社村田制作所 | 按压检测传感器 |
| US10222279B1 (en) * | 2014-06-19 | 2019-03-05 | Amazon Technologies, Inc. | Force measurement device |
| CN106017748A (zh) * | 2016-05-19 | 2016-10-12 | 北京印刷学院 | 基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器及其制备方法 |
| CN107527736A (zh) * | 2016-06-20 | 2017-12-29 | 太阳诱电株式会社 | 多层陶瓷电容器 |
| CN109932105A (zh) * | 2017-12-15 | 2019-06-25 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 电容型压力传感器及其制备方法 |
| CN110068404A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-30 | 深圳市航天新材科技有限公司 | 一种电阻式柔性压力传感器件及其制备方法、传感器阵列 |
| CN110416401A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-11-05 | 清华大学深圳研究生院 | 一种压力传感器及制作方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111855029A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-10-30 | 京东方科技集团股份有限公司 | 柔性压力传感器及其制备方法、电子装置 |
| CN111855029B (zh) * | 2020-07-24 | 2022-10-04 | 京东方科技集团股份有限公司 | 柔性压力传感器及其制备方法、电子装置 |
| CN112515326A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-19 | 王铭衡 | 一种设置点接触式可穿戴压力传感器的背包 |
| CN114354030A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-04-15 | 之江实验室 | 具有模量梯度微结构的宽量程柔性压力传感器及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111044183B (zh) | 2022-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111044183B (zh) | 柔性压力传感及其制备方法 | |
| Zhao et al. | Construction of sandwich-like porous structure of graphene-coated foam composites for ultrasensitive and flexible pressure sensors | |
| Pu et al. | Multilayer structured AgNW/WPU-MXene fiber strain sensors with ultrahigh sensitivity and a wide operating range for wearable monitoring and healthcare | |
| Wang et al. | Printable, flexible, breathable and sweatproof bifunctional sensors based on an all-nanofiber platform for fully decoupled pressure–temperature sensing application | |
| TWI467601B (zh) | 微形變壓阻材料及其製作方法 | |
| Qin et al. | A highly sensitive piezoresistive sensor based on MXenes and polyvinyl butyral with a wide detection limit and low power consumption | |
| Wu et al. | Rational design of flexible capacitive sensors with highly linear response over a broad pressure sensing range | |
| Tai et al. | Flexible pressure sensing film based on ultra-sensitive SWCNT/PDMS spheres for monitoring human pulse signals | |
| Lin et al. | Flexible piezoresistive sensors based on conducting polymer-coated fabric applied to human physiological signals monitoring | |
| Jason et al. | Skin inspired fractal strain sensors using a copper nanowire and graphite microflake hybrid conductive network | |
| US11856690B2 (en) | Substrates comprising a network comprising core shell liquid metal encapsulates comprising multi-functional ligands | |
| Deng et al. | Trilayer MXene fabric for integrated ultrasensitive pressure sensor and wearable heater | |
| EP2368940A1 (en) | Conductive silicone material for human skin electrode | |
| CN205879411U (zh) | 压阻传感器和用于压阻传感器的压敏元件 | |
| CN110346079B (zh) | 基于预拉伸方法的电容型柔性压力传感器及其制备方法和应用 | |
| US11650109B2 (en) | Piezocapacitive textile using graphene | |
| Yang et al. | 3D Printing of Carbon Nanotube (CNT)/Thermoplastic Polyurethane (TPU) Functional Composites and Preparation of Highly Sensitive, Wide‐range Detectable, and Flexible Capacitive Sensor Dielectric Layers via Fused Deposition Modeling (FDM) | |
| Kim et al. | Fabrication of highly conductive graphene/textile hybrid electrodes via hot pressing and their application as piezoresistive pressure sensors | |
| Ali et al. | Graphene-based smart insole sensor for pedobarometry and gait analysis | |
| Weng et al. | Facile fabrication of an ultrasensitive all‐fabric wearable pressure sensor based on phosphorene‐gold nanocomposites | |
| Tagawa et al. | A capacitive pressure sensor with linearity and high sensitivity over a wide pressure range using thermoplastic microspheres | |
| Yang et al. | Stress-deconcentrated ultrasensitive strain sensor with hydrogen-bonding-tuned fracture resilience for robust biomechanical monitoring | |
| Xue et al. | A wearable pressure sensor based on ultrathin ionic nanopaper for wide-range human signal detection | |
| Beak et al. | Highly stretchable dry electrode composited with carbon nanofiber (CNF) for wearable device | |
| CN114674468B (zh) | 一种柔性负压阻传感层及制备方法与柔性负压阻传感器 |
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 |