CN111060234B

CN111060234B - 功能浆料及其应用

Info

Publication number: CN111060234B
Application number: CN201911404077.4A
Authority: CN
Inventors: 冯雪; 杜琦峰; 陈颖
Original assignee: Tsinghua University; Institute of Flexible Electronics Technology of THU Zhejiang
Current assignee: Tsinghua University; Institute of Flexible Electronics Technology of THU Zhejiang
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2023-11-28
Anticipated expiration: 2039-12-30
Also published as: CN111060234A

Abstract

本发明涉及一种功能浆料，所述功能浆料碳纳米材料、金属纳米颗粒、碳酸盐颗粒和基体材料，所述碳纳米材料的表面以及所述金属纳米颗粒的表面均连接有有机基团。本发明还涉及基于该功能浆料的应用，包括基于该功能浆料制成的功能层、功能薄膜及制备方法，以及基于该功能薄膜的柔性压力传感器及制备方法。本发明的功能浆料具有优异的介电性能，柔性压力传感器具有优异的柔性、灵敏度、生物相容性以及较高的电输出性能。

Description

功能浆料及其应用

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是功能浆料及其在柔性压力传感器中的应用。

背景技术

目前智能可穿戴式传感器均采用各式的化学能电池供电，需要定期更换，且回收难度大，会对环境造成污染。而自发电的柔性压力传感器能够将生物体的机械能转化成电能，以实现对柔性压力传感器提供近乎终生的能量。

但是，传统柔性传感器件微结构的制备多采用微电子机械系统加工技术，涉及腐蚀、键合、光刻、氧化、扩散以及溅射等一系列复杂工艺，该技术虽然可以实现微结构精确、批量制作，但是设备依赖性高，技术难度大，成本较高。并且，由于柔性传感器件本身柔性性能得到了提高后，其他性能受到了一定的影响，尤其传输性能不佳。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种功能浆料及其应用；所述功能浆料制成的功能层具有优异的介电性能，基于其制成的功能薄膜、柔性压力传感器具有优异的电输出性能，且所述制备方法工艺简单、设备依赖度低。

一种功能浆料，所述功能浆料包括碳纳米材料、金属纳米颗粒、碳酸盐颗粒和基体材料，所述碳纳米材料的表面以及所述金属纳米颗粒的表面均连接有有机基团。

在其中一个实施例中，所述有机基团包括乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基、脲基中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述功能浆料中，以100重量份的所述基体材料计，所述碳纳米材料与所述金属纳米颗粒的用量之和为1重量份～30重量份，所述碳酸盐颗粒的用量为10重量份～50重量份；

及/或，所述碳纳米材料与所述金属纳米颗粒的质量比为1:10～10:1。

在其中一个实施例中，所述碳酸盐颗粒的尺寸≤100μm。

在其中一个实施例中，所述基体材料包括聚氨酯弹性体、热塑性聚酯弹性体、苯乙烯类热塑性弹性体中的至少一种，所述碳酸盐包括碳酸氢铵、碳酸铵中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述功能浆料中还包括润滑剂和/或粘结剂。

一种功能层，所述功能层采用上述的功能浆料制备，所述功能层包括基体以及分布于所述基体中的碳纳米材料、金属纳米颗粒和泡孔，所述碳纳米材料的表面以及所述金属纳米颗粒的表面均连接有有机基团，所述功能层的表面具有凹凸结构。

在其中一个实施例中，所述功能层的介电常数≥1200，介电损耗≤0.5。

本发明提供的功能浆料中，碳纳米材料和金属纳米颗粒的表面均连接有有机基团，使得碳纳米材料和金属纳米颗粒能够在功能浆料中充分分散。所以，在将功能浆料制成功能层时：第一、碳纳米材料可以有效提高功能层的介电常数；第二、金属纳米颗粒由于界面极化效应，可使得电荷在比表面积较大的界面发生聚集，提高介电常数；第三、碳酸盐颗粒可在制备功能层时发生分解于功能层中形成泡孔，以使功能层的表面产生凹凸结构，增大功能层的表面积；第四、由于库伦阻塞效应的影响，可以降低功能层的介电损耗。进而，本发明的功能浆料制成的功能层具有优异的介电性能。

一种功能薄膜的制备方法，包括：

提供第一柔性薄膜和上述功能浆料；

将所述功能浆料覆于所述第一柔性薄膜的一表面，形成预制层；

对带有所述预制层的第一柔性薄膜进行加热固化，以使所述预制层中的碳酸盐颗粒分解形成泡孔，得到包括功能层的功能薄膜。

在其中一个实施例中，将所述功能浆料通过丝网刮涂至所述第一柔性薄膜的表面形成所述预制层，所述预制层的厚度为10μm～1000μm。

在其中一个实施例中，所述第一柔性薄膜用于承载所述功能浆料的表面包括官能团，所述官能团包括-OH、-COOH中的至少一种。

一种功能薄膜，所述功能薄膜由上述的制备方法制得，所述功能薄膜包括第一柔性薄膜以及设置于所述第一柔性薄膜一表面上的功能层。

在其中一个实施例中，所述功能层的厚度为10μm～1000μm。

本发明的功能薄膜中，具有通过采用功能浆料制成的功能层，所述功能薄膜具有优异的电输出性能。

同时，该制备方法克服了微电子机械系统加工技术存在的缺点，具有工艺简单、成本低廉、柔性化程度高以及大尺寸制备的优点。

一种柔性压力传感器的制备方法，包括：

提供上述制备方法得到的功能薄膜，以及第二柔性薄膜；

在所述功能薄膜上铺设隔离层并合围所述功能层，且使所述隔离层的高度大于所述功能层的高度；

将所述第二柔性薄膜与所述隔离层互相贴合并粘结，得到柔性压力传感器；

其中，所述功能薄膜远离所述功能层的表面还设置第一导电层，所述第二柔性薄膜远离所述隔离层的表面还设置第二导电层，并使所述第一导电层与所述第二导电层形成导电回路，得到柔性压力传感器。

在其中一个实施例中，所述功能薄膜用于承载所述第一导电层的表面包括官能团，所述官能团包括-OH、-COOH中的至少一种；

及/或，所述第二柔性薄膜用于承载所述第二导电层的表面包括官能团，所述官能团包括-OH、-COOH中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述隔离层的高度为100μm～5000μm，所述隔离层的材料包括聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的至少一种。

一种柔性压力传感器，所述柔性压力传感器由上述的制备方法制得，包括：

第一电极层，所述第一电极层包括所述功能薄膜、所述第一导电层和所述隔离层，所述第一导电层层叠设置于所述功能薄膜背离所述功能层的表面上，所述隔离层环绕所述功能层设置，且所述隔离层的高度大于所述功能层的高度；

第二电极层，所述第二电极层层叠设置于所述功能薄膜带有所述隔离层的表面上，所述第二电极层包括所述第二柔性薄膜和所述第二导电层，所述第二导电层层叠设置于所述第二柔性薄膜远离所述功能薄膜的表面上；

其中，所述第一电极层与所述第二电极层形成导电回路。

本发明柔性压力传感器保持了优异的柔性、生物相容性以及较高的电输出性能。同时，第一电极层上的功能层的表面具有凹凸结构，当外界施加微小压力时，与功能层的接触面积也能有较大的改变量，以提高灵敏度，从而对检测微小压力具有很好的效果。

附图说明

图1为本发明功能层的结构示意图；

图2为本发明功能薄膜的制备工艺流程图；

图3为本发明柔性压力传感器的制备工艺流程图。

图中：1、第一电极层；2、第二电极层；10、第一柔性薄膜；11、功能层；12、隔离层；13、第一导电层；14、预制层；20、第二柔性薄膜；21、第二导电层；110、基体；111、碳纳米材料；112、金属纳米颗粒；113、碳酸盐颗粒；114、泡孔。

具体实施方式

以下将对本发明提供的功能浆料及其应用作进一步说明。

本发明提供的功能浆料包括碳纳米材料、金属纳米颗粒、碳酸盐颗粒和基体材料，所述碳纳米材料的表面以及所述金属纳米颗粒的表面均连接有有机基团。

其中，所述有机基团包括乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基、脲基中的至少一种，所述有机基团来源于硅烷偶联剂。具体地，硅烷偶联剂(Y-R-SiX₃)中的X水解，生成的硅醇(Si(OH)₃)能够与碳纳米材料和金属纳米颗粒结合，以使有机基团Y连接于碳纳米材料和金属纳米颗粒上。如硅烷偶联剂KH550水解并与碳纳米材料和金属纳米颗粒结合后，使得碳纳米材料和金属纳米颗粒上连接有氨丙基。

在碳纳米材料和金属纳米颗粒的表面连接有有机基团后，可防止碳纳米材料和金属纳米颗粒发生团聚，避免碳纳米材料、金属纳米颗粒之间导电，同时，还能提高碳纳米材料和金属纳米颗粒在功能浆料中的分散性。

具体地，所述碳纳米材料包括石墨烯、碳纳米管、炭黑等中的至少一种，所述金属纳米颗粒包括银、铝、镍等中的至少一种。

具体地，所述基体材料包括聚氨酯弹性体(TPU)、热塑性聚酯弹性体(TPEE)、苯乙烯类热塑性弹性体(SBS)等中的至少一种，所述碳酸盐颗粒包括碳酸氢铵颗粒、碳酸铵颗粒等中的至少一种。

另外，考虑到碳酸盐颗粒的作用是在制备功能层时发生分解，用于在功能层中形成泡孔，且由于碳酸盐颗粒分解成的泡孔的尺寸是大于本身碳酸盐颗粒的尺寸的，如果碳酸盐颗粒的尺寸过大会使分解产生的气体直接冲破功能层的表面，所以，所述碳酸盐颗粒的尺寸≤100μm。

所述功能浆料中，以100重量份的基体材料计，所述碳纳米材料与所述金属纳米颗粒的用量之和为1重量份～30重量份。其中，所述碳纳米材料与所述金属纳米颗粒的质量比为1:10～10:1，以通过调整适宜的质量比保证功能层具有优异的介电性能。

另外，碳酸盐颗粒的含量越高，功能层中形成的泡孔也就越多，但当碳酸盐颗粒用量超过高分子弹性体的质量的50％时，会影响到功能层的拉伸性能。所以，以100重量份的基体材料计，所述碳酸盐颗粒的用量优选为10重量份～50重量份。

进一步地，所述功能浆料中还包含了润滑剂和/或粘结剂，所述润滑剂优选为润滑油，用量优选为高分子弹性体质量的0.1％～1％，以提高各个组分之间的分散性。所述粘结剂优选为羟丙基甲基纤维素，以提高各个组分之间的粘结性。

进一步地，所述功能浆料中还包含有有机溶剂，通过对有机溶剂的含量的控制，使得功能浆料的粘度在10Pa·s～30Pa·s之间，以更有利于通过印刷的方式制备功能层。

本发明的功能浆料可采用下述方法进行制备：

(1)将碳纳米材料与金属纳米颗粒加入到溶剂中，如乙醇溶液，然后加入相当于碳纳米材料与金属纳米颗粒总质量1％～10％的硅烷偶联剂，如KH550，搅拌处理1h～3h，使硅烷偶联剂水解生成的硅醇能够与碳纳米材料和金属纳米颗粒结合，使得碳纳米材料和金属纳米颗粒上连接有有机基团，然后将表面连接有有机基团的碳纳米材料和表面包覆有有机基团的金属纳米颗粒的混合物用清水清洗干净后，在60℃～150℃烘干，得到表面连接有有机基团的碳纳米材料和表面连接有有机基团的金属纳米颗粒的混合物。

(2)将高分子弹性体加入到溶剂中，如N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，搅拌10min～30min使高分子弹性体完全溶解，得到第一混合液，然后将上述混合物与所述第一混合液混合，搅拌10min～60min使分散均匀，得到第二混合液。

(3)将粒径≤100μm的碳酸盐颗粒添加到第二混合液中，得到功能浆料。

其中，粒径≤100μm的碳酸盐颗粒可通过将碳酸盐颗粒与溶剂混合，如乙醇，加入到行星球磨机中，设置球磨速度为50～300圈/min，球磨0.5h～3h得到。

在第二混合液中，还包括加入润滑油、羟丙基甲基纤维素，以得到功能浆料。进一步地，还可加热除去第二混合液中多余的溶剂，以得到粘度在10Pa·s～30Pa·s之间的功能浆料。

进一步地，为了避免在去除溶剂的过程中碳酸盐颗粒发生分解，加热的温度需要控制在60℃以下。

如图1所示，本发明还提供一种功能层11，所述功能层11采用上述的功能浆料制备，所述功能层11包括基体110以及分布于所述基体110中的碳纳米材料111、金属纳米颗粒112和泡孔114，所述碳纳米材料111的表面以及所述金属纳米颗粒112的表面均连接有有机基团，所述功能层11的表面具有凹凸结构。

在该功能层11中：第一、碳纳米材料111可以有效提高功能层11的介电常数；第二、金属纳米颗粒112由于界面极化效应，可使得电荷在比表面积较大的界面发生聚集，提高介电常数；第三、碳酸盐颗粒113分解形成的泡孔114可使功能层11的表面产生凹凸结构，增大功能层11的表面积，在应用于传感器时，可增加产生电荷的密度，提高输出性能；第四、由于库伦阻塞效应的影响，可以降低功能层11的介电损耗。所以，本发明的功能层11的介电常数≥1200，介电损耗≤0.5，具有优异的介电性能。

如图2所示，为本发明提供的功能薄膜的制备方法，包括：

S1，提供功能浆料和第一柔性薄膜10；

S2，将所述功能浆料覆于所述第一柔性薄膜10的一表面，形成预制层14；

S3，对带有所述预制层14的第一柔性薄膜10进行加热固化，以使所述预制层14中的碳酸盐颗粒113分解形成泡孔114，得到包括功能层11的功能薄膜。

步骤S1中，所述第一柔性薄膜10的材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)中的至少一种。其中，考虑到PDMS具有最好的生物相容性和热稳定性，所以，所述第一柔性薄膜10的材料优选为PDMS。

步骤S2中，将功能浆料覆于所述第一柔性薄膜10的表面方法包括：将所述功能浆料通过丝网刮涂至所述第一柔性薄膜10的表面形成所述预制层14，所述预制层14的厚度为10μm～1000μm。

进一步地，可通过50目～1000目的丝印网版于丝印机进行丝网刮涂。

进一步地，为了使得功能浆料在第一柔性薄膜10上能够更好的铺展，第一柔性薄膜10用于承载所述功能浆料的表面包括有官能团，所述官能团包括-OH、-COOH中的至少一种，以使所述第一柔性薄膜10的表面具有更好的润湿性，即亲水性。

具体地，可采用紫外线照射或采用等离子体对第一柔性薄膜10处理，处理后的第一柔性薄膜10在60℃～120℃的条件下烘干，以使所述第一柔性薄膜10的表面形成有官能团。

其中，采用紫外线照射时，所述紫外线的波长小于355nm，因为，当波长大于355nm时，光子能量小于第一柔性薄膜10的材料的化学键的键能，无法生成-OH、-COOH等官能团。所述紫外线照射的时间优选为0.5h～72h，因为，当光照时间小于0.5h时，第一柔性薄膜10的表面-OH、-COOH等官能团的含量不足，润湿性不足，随着照射时间的延长，第一柔性薄膜10的表面-OH、-COOH等官能团的含量逐渐增加，而当照射时间大于72h后，官能团含量几乎不发生变化。

采用等离子体处理时，所述等离子体的发生气体包括氧气、氢气、氮气中的至少一种，所述等离子体处理的时间为10s～15min。

步骤S3中，所述加热固化的温度为60℃～120℃，时间为0.5h～5h。在该加热固化的过程中，预制层14中的碳酸盐颗粒113受热分解生成氨气、二氧化碳等气体，形成泡孔114。

本发明还提供了一种功能薄膜，所述功能薄膜由上述的制备方法得到，所述功能薄膜包括第一柔性薄膜10以及设置于所述第一柔性薄膜10一表面上的功能层11。

从而，基于该功能层11，本发明的功能薄膜具有优异的电输出性能。同时，因功能层11的表面具有凹凸结构，粗糙度较大，当外界施加微小压力时，与功能层11的接触面积也能有较大的改变量，以提高灵敏度，从而对检测微小压力具有很好的效果。

以及，该功能薄膜采用印刷的方式，克服了微电子机械系统加工技术存在的缺点，具有工艺简单、成本低廉、柔性化程度高以及大尺寸制备的优点。

如图3所示，本发明提供的柔性压力传感器的制备方法，包括：

S4，提供上述制备方法得到的功能薄膜，以及第二柔性薄膜20；

S5，在所述功能薄膜上铺设隔离层12并合围所述功能层11，且使所述隔离层12的高度大于所述功能层11的高度；

S6，将所述第二柔性薄膜20与所述隔离层12互相贴合并粘结，得到柔性压力传感器。

步骤S4中，第二柔性薄膜20的材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯弹性体(TPU)、聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、聚丙烯(PP)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)中的至少一种，优选为PDMS。

步骤S5中，隔离层12可以设置在功能层11上，也可以设置在功能薄膜上并将所述功能层11合围。考虑到隔离层12环绕所述功能层11设置并将功能层11合围时，可以有效提高对功能层11的密封效果，所以，所述隔离层12优选设置在功能薄膜上且合围所述功能层11。

其中，所述隔离层12的高度为100μm～5000μm，隔离层12的材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)中的至少一种，优选地为PDMS。

步骤S6中，第二柔性薄膜20与所述隔离层12互相贴合后，采用3M胶带等粘结材料将二者封装即可。

此外，所述功能薄膜远离所述功能层11的表面还设置第一导电层13，所述第二柔性薄膜20远离所述隔离层12的表面还设置第二导电层21，所述第一导电层13与所述第二导电层21形成导电回路。

应予说明的是，第一导电层13可在功能薄膜层叠第二柔性薄膜20之前设置或者之后设置，优选之前设置。方法包括：以旋涂、刮涂等方式涂覆银浆料、铜浆料等导电浆料，烘干形成第一导电层13；或者，溅射金、银、铜等金属导电层形成第一导电层13；或者，设置石墨烯、碳纳米管、炭黑等导电碳材料形成第一导电层13。

第二导电层21可参考第一导电层13的方法设置。

同样，为了使第一导电层13在功能薄膜的表面更好的铺展，也可采用紫外线照射或采用等离子体处理所述功能薄膜用于承载所述第一导电层13的表面，使其包括有-OH、-COOH中的至少一种官能团。为了使第二导电层21在第二柔性薄膜20的表面更好的铺展，也可采用紫外线照射或采用等离子体处理所述第二柔性薄膜20用于承载所述第二导电层21的表面，使其包括有-OH、-COOH中的至少一种官能团。

本发明还提供了一种柔性压力传感器，由上述的制备方法制得，包括：

第一电极层1，所述第一电极层1包括所述功能薄膜、所述第一导电层13和所述隔离层12，所述第一导电层13层叠设置于所述功能薄膜背离所述功能层11的表面上，所述隔离层12环绕所述功能层11设置，且所述隔离层12的高度大于所述功能层11的高度；

第二电极层2，所述第二电极层2层叠设置于所述功能薄膜带有所述隔离层12的表面上，所述第二电极层2包括所述第二柔性薄膜20和所述第二导电层21，所述第二导电层21层叠设置于所述第二柔性薄膜20远离所述功能薄膜的表面上；

其中，所述第一电极层1与所述第二电极层2形成导电回路。

本发明柔性压力传感器中的功能层11能够对柔性压力传感器供电，且输出效果好，稳定。同时，本发明柔性压力传感器的作用原理可视为压电式原理，即，由于功能层11的存在，能够提高柔性压力传感器的灵敏度，使柔性压力传感器对微小压力具有很好的检测效果。

另外，本发明通过将第一柔性薄膜10与第二柔性薄膜20完整的封装后，使得压力传感器能够保证优异的柔性、生物相容性以及较高的电输出性能，对检测微小压力具有很好的效果。

以下，将通过以下具体实施例对所述功能薄膜及制备方法、自发电柔性压力传感器做进一步的说明。

实施例1

称取5g炭黑和1g银纳米颗粒于烧杯中，然后加入50mL乙醇到烧杯中搅拌均匀，向烧杯中加入0.1g硅烷偶联剂KH550，搅拌处理1h，然后用去离子水清洗干净，在60℃的条件下干燥2h备用，得到表面连接有氨丙基的炭黑和表面连接有氨丙基的银纳米颗粒的混合物。

将10g聚氨酯弹性体(TPU)颗粒加入到100mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，搅拌30min使弹性体颗粒完全溶解，得到第一混合液。然后将相当于弹性体颗粒质量分数为5％的混合物加入到第一混合液中，搅拌30min使得表面连接有氨丙基的炭黑和表面连接有氨丙基的银纳米颗粒分布均匀，得到第二混合液。

将10g碳酸氢铵和100mL乙醇混合，然后加入到行星球磨机中，球磨速度为200圈/min，时间为0.5h。完成后过滤得到颗粒尺寸小于100微米的碳酸氢铵颗粒。将相当于弹性体颗粒质量分数为20％的碳酸氢铵颗粒加入到第二混合液中，搅拌均匀，添加相当于TPU弹性体颗粒质量0.2％的润滑油，然后加入2g羟丙基甲基纤维素(HPMC)，最后在50℃温度下除去多余的溶剂，得到粘度为20Pa·s的功能浆料。由该功能浆料后续制备功能层的介电常数为1500，介电损耗为0.45。

实施例2～实施例11与实施例1的区别如表1所示。

表1

对比例1～对比例8与实施例1的区别如表2所示。

表2

应用例1

选取材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的第一柔性薄膜，采用O₂等离子体处理第一柔性薄膜，处理时间为1min。PET薄膜表面生成-OH、-COOH等官能团，在处理后的PET表面印刷导电银浆料图案，然后在60℃条件下烘干1h，得到第一导电层。

将所述第一柔性薄膜背离所述第一导电层的一面采用等离子体处理。定制100目的丝印网版，并在丝印机台上放置好承印基材，然后将实施例1的功能浆料通过网版刮涂至基材的表面形成预制层，预制层的厚度为50微米，取下丝印的基材，将预制层在60℃条件下固化1h，得到包括功能层的功能薄膜。

在第一柔性薄膜上铺设隔离层并合围功能层，隔离层的厚度为100μm，隔离层的材料为PDMS。将功能薄膜、隔离层以及第一导电层整体作为第一电极层。

选取材料为PET的第二柔性薄膜，将第二柔性薄膜表面采用O₂等离子体处理，然后在其表面旋涂导电银浆，并在100℃的条件下烘干，得到第二导电层。将第二柔性薄膜和第二导电层作为第二电极层。

将第二电极层背离所述第二导电层的表面与第一电极层中的隔离层互相贴合，剪取两根细导线分别放在第一导电层和第二导电层的表面，然后涂覆一层导电银胶固定导线并形成导电回路，同时用3M胶带等封装材料将第一电极层和第二电极层封装，得到柔性压力传感器。

应用例2～应用例9与应用例1的区别如表3所示。

表3

比较例1～比较例6与应用例1的区别如表4所示。

表4

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括：

提供功能浆料，所述功能浆料包括碳纳米材料、金属纳米颗粒、碳酸盐颗粒和基体材料，所述碳纳米材料的表面以及所述金属纳米颗粒的表面均连接有有机基团；所述有机基团包括乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基、脲基中的至少一种，所述碳酸盐颗粒在制备功能层时发生分解，用于在所述功能层中形成泡孔，所述碳酸盐颗粒的尺寸≤100μm；

提供第一柔性薄膜，将所述功能浆料覆于所述第一柔性薄膜的一表面，形成预制层，对带有所述预制层的第一柔性薄膜进行加热固化，以使所述预制层中的碳酸盐颗粒分解形成泡孔，得到包括所述功能层的功能薄膜；

提供第二柔性薄膜，在所述功能薄膜上铺设隔离层并合围所述功能层，且使所述隔离层的高度大于所述功能层的高度，将所述第二柔性薄膜与所述隔离层互相贴合并粘结，得到柔性压力传感器；

其中，所述功能薄膜远离所述功能层的表面还设置第一导电层，所述第二柔性薄膜远离所述隔离层的表面还设置第二导电层，所述第一导电层与所述第二导电层形成导电回路。

2.根据权利要求1所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述功能浆料中，以100重量份的所述基体材料计，所述碳纳米材料与所述金属纳米颗粒的用量之和为1重量份~30重量份，所述碳酸盐颗粒的用量为10重量份~50重量份；

及/或，所述碳纳米材料与所述金属纳米颗粒的质量比为1:10~10:1。

3.根据权利要求1所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述基体材料包括聚氨酯弹性体、热塑性聚酯弹性体、苯乙烯类热塑性弹性体中的至少一种，所述碳酸盐包括碳酸氢铵、碳酸铵中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述功能浆料中还包括润滑剂和/或粘结剂。

5.根据权利要求1所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，将所述功能浆料通过丝网刮涂至所述第一柔性薄膜的表面形成所述预制层，所述预制层的厚度为10μm~1000μm。

6.根据权利要求1所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述第一柔性薄膜用于承载所述功能浆料的表面包括官能团，所述官能团包括-OH、-COOH中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述功能薄膜用于承载所述第一导电层的表面包括官能团，所述官能团包括-OH、-COOH中的至少一种；

8.根据权利要求1所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述隔离层的高度为100μm~5000μm，所述隔离层的材料包括聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的至少一种。

9.一种柔性压力传感器，其特征在于，所述柔性压力传感器由权利要求1~8任一项所述的制备方法制得，包括：

第一电极层，所述第一电极层包括功能薄膜、第一导电层和隔离层，其中，所述功能薄膜包括第一柔性薄膜以及设置于所述第一柔性薄膜一表面上的功能层，所述功能层包括基体以及分布于所述基体中的碳纳米材料、金属纳米颗粒和泡孔，所述碳纳米材料的表面以及所述金属纳米颗粒的表面均连接有有机基团，所述功能层的表面具有凹凸结构，所述第一导电层层叠设置于所述功能薄膜背离所述功能层的表面上，所述隔离层环绕所述功能层设置，且所述隔离层的高度大于所述功能层的高度；

第二电极层，所述第二电极层层叠设置于所述功能薄膜带有所述隔离层的表面上，所述第二电极层包括第二柔性薄膜和第二导电层，所述第二导电层层叠设置于所述第二柔性薄膜远离所述功能薄膜的表面上；

其中，所述第一电极层与所述第二电极层形成导电回路。

10.根据权利要求9所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述功能层的介电常数≥1200，介电损耗≤0.5。