CN112556896A - 柔性压力敏感层、压力传感器、可穿戴电子设备及制备方法 - Google Patents

柔性压力敏感层、压力传感器、可穿戴电子设备及制备方法 Download PDF

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CN112556896A CN202011454047.7A CN202011454047A CN112556896A CN 112556896 A CN112556896 A CN 112556896A CN 202011454047 A CN202011454047 A CN 202011454047A CN 112556896 A CN112556896 A CN 112556896A
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王鹏飞
卢亚妹
黄培
程祥
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Abstract

本申请公开一种柔性压力敏感层、压力传感器、可穿戴电子设备及制备方法，所述柔性压力敏感层具有规则的毫米级尺寸的凸起结构，这些凸起结构为压力传感器提供规则的气隙结构，使得压力传感器具有较高的灵敏度。在本申请利用表面设有格栅的模板制备柔性压力敏感层，现有制造手段足以满足毫米级尺寸的格栅的形状和尺寸精度，因此制备柔性压力敏感层的过程严格可控，用此方法制备出的柔性压力敏感层的表面结构可重复性高，从而保证了压力敏感层的性能稳定。进而解决了现有技术中电容式柔性传感器性能不稳定及制造工艺复杂的技术问题。

Description

柔性压力敏感层、压力传感器、可穿戴电子设备及制备方法
技术领域
本申请涉及柔性压力传感器技术领域，具体而言，涉及柔性压力敏感层、压力传感器、可穿戴电子设备及制备方法。
背景技术
近年来，柔性电子设备在可穿戴电子设备、电子皮肤、人机交互和机器人等领域中具有巨大应用前景。其中柔性传感器是柔性电子设备中的重要单元，柔性传感器是以柔性导电复合材料为基础进行电路设计组装而成。在力、温度、光和化学信号等外加刺激下，柔性传感器的电学性能发生变化进而实现了对外加信号的响应及传感功能。柔性导电复合材料是指在柔性基体中加入导电材料，柔性导电复合材料制备的柔性传感器拥有良好的弹性和导电性。目前，针对柔性力学传感器(电容/电阻)的研究很多，但存在传感灵敏度低、测试范围有限、加工制备工艺可重复性低以及制备的样品性能可重复性低等局限。
专利文献CN110346078A(申请日期2019年7月30日，公开日期2019年10月18日)公开了一种电容型柔性压力传感器及其制备方法和应用。其公开的电容型柔性压力传感器包括：固态聚二甲基硅氧烷层、位于固态聚二甲基硅氧烷层的顶面的上电极层和位于固态聚二甲基硅氧烷层的底面的下电极层，固态聚二甲基硅氧烷层的材质为聚二甲基硅氧烷，固态聚二甲基硅氧烷层由一平板状结构和连接在该平板状结构的顶端的聚二甲基硅氧烷微柱阵列组成，其提出利用聚碳酸酯模板法制备电容型柔性压力传感器，制备的灵敏度达到5.8kPa-1。该技术方案存在以下特点或局限：1)样品的可重复性差，平板状结构的顶端的聚二甲基硅氧烷微柱阵列是一种微小的结构，微柱的密度相差较大无法保证其可重复性；2)制备时间过长，制备介电层微结构及电极层固化时间需要数个小时；3)制备过程中用到有毒试剂。
专利文献CN111562038A(申请日期2020年6月16日，公开日期2020年8月21日)提供一种柔性电容式压力传感器及柔性电容式压力阵列传感器，该柔性电容式压力传感器包括依次设置的上柔性基底、上电极、上绝缘胶层、压力敏感层、下绝缘胶层、下电极和下柔性基底。上柔性基底和下柔性基底为蚕丝膜或蚕丝/聚氨酯复合膜。压力敏感层为掺杂导电填充物的弹性体复合薄膜。通过导电填充物的加入使得压力敏感层的介电常数大大提高，介电常数在受压条件下发生改变，得到的压力传感器的灵敏度也有较大的提高。该技术方案存在以下特点或局限：1)制备的压力敏感层为平板结构，平板结构的压力敏感层相较而言灵敏度低；2)电极层为金属材料，非柔性结构且容易与介电层发生脱落；3)7层结构的制备工艺复杂，可重复性差。
专利文献CN110701992A(申请日期2019年10月10日，公开日期2020年1月17日)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。该发明在硬质玻璃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。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)薄膜作为电极层。但该专利存在以下局限：1)由于砂纸的差异，利用砂纸形成的介电层微结构可重复性差；2)电极层为商业导电聚亚酰胺材料，制备成本高。
专利文献CN111243966A(申请日期2020年1月14日，公开日期2020年6月5日)公开了一种柔性传感器制造工艺及柔性传感器。所述制造工艺包括：在第一硅晶圆上制作第一柔性衬底层，并在所述第一柔性衬底层上制作传感器单元；在第二硅晶圆的表面通过半导体工艺制作电路单元；将所述第一硅晶圆制作有传感器单元的一侧与所述第二硅晶圆制作有电路单元的一侧面对面键合，使传感器单元与电路单元建立起电连接关系而成为检测单元；对所述第二硅晶圆的背面进行处理以制作成薄硅片，并去除第一硅晶圆，制得具有检测单元的单芯片柔性传感器。该技术方案存在以下特点或局限：1)传感单元非柔性，专利主要涉及的是传感器的柔性衬底；2)无具体传感器性能及结构介绍。
专利文献CN109668580A(申请日2018年12月10日，公开日期2019年4月23日)公开了一种压力敏感薄膜、传感器和传感器阵列及各自的制备方法，所述压力敏感薄膜内至少具有两种不同尺寸的多个闭孔，通过对包含发泡材料和热固化弹性材料的混合物进行加热形成上述压力敏感薄膜，加热过程中，发泡材料产生气体随着热固化弹性材料的固化，在所述压力敏感薄膜内形成至少具有两种不同尺寸的多个闭孔。该技术方案中由于固化过程中形成的闭孔的尺寸存在随机性，制备的到的压力敏感薄膜面临稳定性差的问题。
北京工业大学(Gao M,Xia Z,Wang X,et al.Fabrication of a flexiblecapacitor sensor with surface-fabric-structured conductive silicon rubber[J],Sensors and Actuators A:Physical.2019,295(8),141-150)将填充镍包碳纤维的液态PDMS硅橡胶喷涂到具有微结构的疏水布上，抽真空后进行固化，得到柔性导电硅橡胶薄膜，将其作为柔性电容传感器的电极层。将液态PDMS喷涂到疏水布并固化得到具有微结构的PDMS薄膜作为柔性电容传感器的介电层，最终将导电硅橡胶电极层和PDMS介电层进行组装，得到电极层和介电层均含有微结构的柔性电容传感器。但其存在以下微结构可重复性低以及无法量产等问题。
Kwon(Kwon D,Lee T I,Shim J,et al.Highly sensitive,flexible,andwearable pressure sensor based on a giant piezocapacitive effect of three-dimensional microporous elastomeric dielectric layer[J].ACS Applied MaterialInterfaces.2016,8(14):16922-16931)等将液态铂催化硅橡胶与方糖颗粒混合均匀后放进恒温箱中60℃固化1h，然后将固化的液态铂催化硅橡胶放入水中将其内部的糖颗粒溶解，形成含有均匀孔洞、易压缩变形的液态铂催化硅橡胶薄膜。将其作为柔性电容传感器的介电层，与覆盖碳纳米管的柔性电容传感器导电薄膜一起组装成。在5kPa的压力载荷下该传感器的灵敏度高达0.601kPa-1，并且在1000次的加载-卸载循环周期中响应稳定。但其也存在由于微结构可重复性差而导致的制备样品的性能稳定性差。
综上，目前电容式柔性传感器的技术存在以下局限性问题：
材料表面微结构可重复性差，导致材料性能不稳定；
材料制备工艺复杂，制备周期长；
许多适合柔性压力传感器的材料具有一定毒性，易对操作人员及使用人员健康造成损伤。
发明内容
本申请实施例提供了一种柔性压力敏感层、压力传感器、可穿戴电子设备及制备方法，以至少解决现有技术中电容式柔性传感器性能不稳定及制造工艺复杂的技术问题。
本申请提供的柔性压力敏感层，包含第一表面和第二表面，所述第一表面上设置排布规则的若干凸起结构，所述凸起结构的形状、尺寸一致。
优选地，所述凸起结构为圆柱体或直四棱柱，所述凸起结构在所述第一表面上横竖对齐排布。
优选地，所述凸起结构的底面为边长为2-4mm的正方形或直径为2-4mm圆形，所述凸起结构的高度为0.5-1.5mm。
本申请还提供以上所述柔性压力敏感层的制备方法，包含以下步骤：
(1)选取模板：选取大小适宜的所述模板，所述模板为一面设置若干凹槽的平板，所述凹槽在所述平板上排布规则且形状、尺寸一致；
(2)制备压力敏感层预聚溶液：将适量的导电填充物、热塑性聚合物和固化剂混合均匀后，去除其中气泡后得到所述压力敏感层预聚溶液，其中所述热塑性聚合物为硅橡胶体系物质；
(3)将所述压力敏感层预聚溶液涂布在所述模板上；
(4)将涂布有所述压力敏感层预聚溶液的模板置于设定温度的环境中；经过设定时间后，所述压力敏感层预聚溶液固化成薄膜状的柔性压力敏感层，将所述柔性压力敏感层与所述模板剥离。
优选地，上述制备方法中，所述模板上的凹槽的横截面为边长为2-4mm的正方形或直径为2-4mm圆形，所述凹槽的深度为0.5-1.5mm。
优选地，上述制备方法中，所述模板的材质为聚四氟乙烯。
本申请还提供一种压力传感器，包含：
两个以上所述柔性压力敏感层，两个所述柔性压力敏感层的第一表面相对布置；
电极，所述电极设置在所述柔性压力敏感层的第二表面上。
优选地，所述的压力传感器还包含：
柔性垫片层，所述柔性垫片层设于两个所述柔性压力敏感层之间；
两个所述柔性压力敏感层的第一表面上的凸起结构位置相同；所述柔性垫片层呈窗形结构，所述柔性垫片层的窗框设于所述第一表面的边缘处。
本申请还提供以上所述压力传感器的制备方法，包含，
(1)制作电极：对所述柔性压力敏感层的第二表面进行喷金处理，作为所述压力传感器的电极；
(2)表面处理：对所述柔性压力敏感层的第一表面喷涂疏水溶剂；
(3)将所述柔性垫片层置于两个所述柔性压力敏感层之间；封装所述电极、所述柔性垫片层和两个所述柔性压力敏感层。
本申请还提供一种可穿戴电子设备，包含以上所述压力传感器。
本申请实施例提供了一种柔性压力敏感层，所述柔性压力敏感层具有规则的毫米级尺寸的凸起结构，这些凸起结构为压力传感器提供规则的气隙结构，使得压力传感器具有较高的灵敏度。
通过试验，证明本申请提供的压力传感器的灵敏度高，最低监测极限小，在较长的使用周期内性能稳定。
将本申请提供的压力传感器用于人体手指弯曲和脉搏检测，均可实现高灵敏响应，为柔性电子领域提供了新的方法和思路。
利用表面设有凹槽的模板制备柔性压力敏感层，现有制造手段足以满足毫米级尺寸的格栅的形状和尺寸精度，因此制备柔性压力敏感层的过程严格可控，用此方法制备出的柔性压力敏感层的表面结构可重复性高，从而保证了柔性压力敏感层的性能稳定。进而解决了现有技术中电容式柔性传感器性能不稳定及制造工艺复杂的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例2制备的一种压力传感器的结构示意图；
图2是根据本申请实施例2制备的一种压力传感器的层结构示意图；
图3是对本申请实施例2制备的一种压力传感器进行测试得到的灵敏度曲线图；
图4是对本申请实施例2制备的一种压力传感器进行测试得到的压力响应范围图；
图5是对本申请实施例2制备的一种压力传感器进行循环测试得到的结果图；
图6是本申请实施例8提供的指关节动作检测设备的人体手指弯曲检测的响应图。
图示标号：电极1、柔性压力敏感层2、柔性垫片层3。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种柔性压力敏感层的制备方法及压力传感器的制备方法，用所述柔性压力敏感层的制备方法得到的柔性压力敏感层制备压力传感器。
首先，制备柔性压力敏感层，包含以下步骤：
(1)选取模板：选取大小适宜的所述模板，所述模板为一面设置若干凹槽的平板，所述凹槽在所述平板上排布规则且形状、尺寸一致；
本实施例中，所述凹槽为边长3mm的正方形，所述凹槽的高度为1mm。排布规则表示所述平板所在的平面内每排所述凹槽对齐、每列所述凹槽对齐。
本实施例中，所述模板的材质为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯材质的所述模板便于加工且易于剥离所述柔性压力敏感层。
本实施例中，所述模板的轮廓尺寸为1×1cm，使得用所述模板浇注得到的柔性压力敏感层的尺寸大于所需压力传感器的尺寸，所述模板的外围设有1.5mm高的围板，防止后续向所述模板上浇注溶液时所述溶液溢出所述模板。
(2)制备压力敏感层预聚溶液：将适量的导电填充物、热塑性聚合物和固化剂混合均匀后，去除其中气泡后得到所述压力敏感层预聚溶液，其中所述热塑性聚合物为硅橡胶体系物质；
所述热塑性聚合物可以为聚二甲基硅氧烷(英文简称PDMS)、ECO-FELX这种热塑性生物降解塑料或热塑性丁苯橡胶(英文简称SEBS)等硅橡胶体系物质；
本实施例中所述热塑性聚合物选用聚二甲基硅氧烷，称量聚二甲基硅氧烷和固化剂(例如二月桂酸二丁基锡)比例为10:1的聚二甲基硅氧烷混合物20g，向其中加入质量分数为4％的多壁碳纳米管，搅拌均匀后放置于真空设备中去除其中气泡。
多壁碳纳米管具有金属材料的导电和导热性。本步骤中将多壁碳纳米管作为导电填充物加入所述压力敏感层预聚溶液，有效提高了制备的柔性压力敏感层的介电常数，介电常数在受到压力作用时发生改变，因此使得包含所述柔性压力敏感层的压力传感器的灵敏度大大提升。
于真空设备中去除气泡，消除搅拌等过程中混入所述压力敏感层预聚溶液中的空气，使得所述压力敏感层预聚溶液匀质，因此其制备得到的柔性压力敏感层各处的性质一致。
(3)将所述压力敏感层预聚溶液涂布在所述模板上；
本实施例中，抽取5g步骤(2)制备的压力敏感层预聚溶液，浇注于所述模板上，此时所述模板固定于匀胶机的托盘上，以500r/min的速度将所述压力敏感层预聚溶液均匀悬涂于所述模板上。
本步骤中取用的所述压力敏感层预聚溶液的剂量能够填充满所述模板上个每一个凹槽，匀胶机上的托盘旋转，利用离心力使滴在所述模板上的液体均匀地涂覆在模板上。
(4)将涂布有所述压力敏感层预聚溶液的模板置于设定温度的环境中；经过设定时间后，所述压力敏感层预聚溶液固化成薄膜状的柔性压力敏感层，将所述柔性压力敏感层与所述模板剥离。
本实施例中从匀胶机上取下所述模板后，放置于80℃环境内2h后，所述压力敏感层预聚溶液固化成薄膜状的柔性压力敏感层，将所述柔性压力敏感层与所述模板剥离，制得柔性压力敏感层。
通过以上方法，本实施制备得到的柔性压力敏感层具有边长3mm的正方形凸起,所述正方形凸起的高度为1mm。
本实施例吸取模具制造工艺得到的产品的一致性高的优点，将模板的尺寸设计为现代加工水平足以满足的毫米量级，使得模板的尺寸精准可控，从而使得柔性压力敏感层的制备工艺可重复性高，确保了用其制备的柔性压力传感器性能稳定。
具备边长3mm的正方形底面、高度为1mm的直四棱柱状凸起结构的所述柔性压力敏感层相较于具备微观结构的柔性压力敏感层具有更高的灵敏度和更大的量程。
本实施例中步骤(1)和步骤(2)两者之间的先后顺序不做限制，可以先后进行也可以同时进行。
接下来，利用以上方法制备的所述柔性压力敏感层制备压力传感器，包含以下步骤：
(5)制作电极：对所述柔性压力敏感层的第二表面进行喷金处理，将喷金处理后得到的金属层作为柔性压力传感器的电极；
(6)表面处理：对所述柔性压力敏感层的第一表面喷涂疏水溶剂；通过喷涂所述疏水溶剂降低所述第一表面的粘附力，进而保证所述柔性压力敏感层变形后快速恢复原状，有助于提升压力传感器的反应速度；
本实施例中，所述疏水溶剂选用饱和烃类的物质，所述疏水溶剂喷涂时间为2s，喷涂距离为20cm。
(7)两个所述柔性压力敏感层的第一表面相对布置，将柔性垫片层置于两个所述柔性压力敏感层之间；封装所述电极、所述柔性垫片层和两个所述柔性压力敏感层。
本实施例中，所述柔性垫片层的制备过程为：称量聚二甲基硅氧烷和固化剂比例为10:1的聚二甲基硅氧烷混合物3g，倒入底部尺寸为1×1cm直壁凹槽中，80℃环境中固化2h，得到厚度为0.1mm的柔性绝缘膜，将所述柔性绝缘膜的中部挖空使其呈窗形结构后得到所述柔性垫片层。所述柔性绝缘膜的厚度与聚二甲基硅氧烷的用量没有直接关系，主要决定于所述直壁凹槽的深度，其次是悬涂的转速和时间。
在其他实施例中所述柔性垫片层可以选用聚二甲基硅氧烷(英文简称PDMS),ECO-FELX这种热塑性生物降解塑料或热塑性丁苯橡胶(英文简称SEBS)等硅橡胶体系物质。
硅橡胶体系物质制成的柔性垫片可以降低初始电容，进而提高低压力下的响应精度。
本实施例中两个所述柔性压力敏感层的第一表面上的凸起结构位置相同；所述柔性垫片层呈窗形结构，所述柔性垫片层的窗框设于所述第一表面的边缘处。
本实施例中，用绝缘胶封装带有表面电极的柔性压力敏感层和柔性垫片层，得到如图1和图2所示的压力传感器。
如图1和图2所示的压力传感器，包含：
使用本实施例的步骤(1)至(3)制备的柔性压力敏感层2；
使用本实施例的步骤(7)制备的柔性垫片3，柔性垫片层设于两个柔性压力敏感层2之间，柔性压力敏感层2以其第一表面面对柔性垫片层3；
电极1，电极1设置在柔性压力敏感层2的第二表面上。
实施例2
本实施例提供一种柔性压力敏感层的制备方法及使用该柔性压力敏感层的压力传感器的制备方法。本实施例与实施例1的区别在于，在柔性压力敏感层的制备方法中所使用的模板的凹槽的形状不同。
具体地，本实施例中使用的模板上的凹槽的底面为直径3mm的圆形，所述凹槽的深度为1mm。所述凹槽在所述平板上排布规则且形状、尺寸一致。排布规则表示所述平板所在的平面内每排所述凹槽对齐、每列所述凹槽对齐。所述模板的材质为聚四氟乙烯。
利用上述模板制备得到的柔性压力敏感层具有直径3mm的圆形底面、凸起高度为1mm的圆柱状凸起结构,相较于具备微观结构的柔性压力敏感层具有更大可变形范围，变形后回复原状的效果越好，即柔性更大。
实施例3
本实施例提供一种柔性压力敏感层的制备方法及使用该柔性压力敏感层的压力传感器的制备方法，本实施例与实施例2的区别在于，作为导电填充物的多壁碳纳米管的掺入量不同。
具体地，步骤(2)中称量聚二甲基硅氧烷和固化剂比例为10:1的聚二甲基硅氧烷混合物20g，向其中加入质量分数为5％的多壁碳纳米管得到压力敏感层预聚溶液，搅拌均匀后放置于真空设备中去除其中气泡。
利用上述方法得到的柔性压力敏感层具有直径3mm的圆形底面、凸起高度为1mm的圆柱状凸起结构。
本实施例中步骤(1.1)和步骤(1.2)两者之间的先后顺序不做限制，可以先后进行也可以同时进行。
实施例4
本实施例提供一种柔性压力敏感层的制备方法及使用该柔性压力敏感层的压力传感器的制备方法，本实施例与实施例2的区别在于，用所述模板制备的柔性压力敏感层的厚度不同。
具体地，步骤(3)中，抽取5g步骤(2)制备的压力敏感层预聚溶液浇注于所述模板上，此时所述模板固定于匀胶机的托盘上，以1000r/min的速度将所述压力敏感层预聚溶液均匀悬涂于所述模板上。
通过以上方法，本实施制备得到的柔性压力敏感层上的凸起结构为直径3mm的圆形底面、凸起高度为1mm的圆柱状。相较于实施例2中得到的柔性压力敏感层，由于悬涂时转速较大，所述柔性压力敏感层承载所述凸起结构的柔性层较薄。
对比例1
本对比例提供一种柔性压力敏感层的制备方法及使用该柔性压力敏感层的压力传感器的制备方法。在制备柔性压力敏感层时，本对比例与实施例1至4提供的制备方法明显不同，本对比例用植物叶片制作柔性压力敏感层，由于气孔的尺寸在几微米到几十微米之间，制备得到的柔性压力敏感层具备的凸起明显小于实施例1至4制备的柔性压力敏感层，只有用10倍以上的物镜才能看到所述凸起。
具体地包含以下步骤：
在绿萝叶片上制备所述柔性压力敏感层。
具体地：
(1)取表面平整的绿萝叶片，清洗干净后，固定于亚克力基板上，取边长为1×1cm、高为1.5mm的围板置于所述绿萝叶片上。
(2)制备压力敏感层预聚溶液：将适量的导电填充物、聚二甲基硅烷和固化剂混合均匀后，去除其中气泡后得到所述压力敏感层预聚溶液；
本对比例中称量聚二甲基硅氧烷和固化剂比例为10:1的聚二甲基硅氧烷混合物20g，向其中加入质量分数为4％的多壁碳纳米管，搅拌均匀后放置于真空设备中去除其中气泡。
(3)将所述压力敏感层预聚溶液涂布在所述绿萝叶片上；
抽取8g步骤(2)制备的压力敏感层预聚溶液，浇注于步骤(1)中所述围板内的绿萝叶片上，将所述亚克力基板固定于匀胶机的托盘上，以500r/min的速度将所述压力敏感层预聚溶液均匀悬涂于所述绿萝叶片上；
步骤(4)：从匀胶机上取下所述亚克力基板，于80℃环境内固化2h后所述压力敏感层预聚溶液固化成薄膜状的柔性压力敏感层，将所述柔性压力敏感层与所述绿萝叶片剥离，制得柔性压力敏感层。
通过以上方法，本对比例制备得到的柔性压力敏感层具有微米级尺寸的凸起结构。
本对比例中步骤(1)和步骤(2)两者之间的先后顺序不做限制，可以先后进行也可以同时进行。
对比例2
本对比例提供一种柔性压力敏感层的制备方法，本对比例与对比例1的区别在于用荷叶叶片制作柔性压力敏感层。荷叶叶片上的气孔尺寸与绿萝叶片相同，尺寸在几微米到几十微米之间，制备得到的柔性压力敏感层具备的凸起明显小于实施例1至4制备的柔性压力敏感层，只有用10倍以上的物镜才能看到所述凸起。
具体地包含以下步骤：
在荷叶叶片上制备所述柔性压力敏感层。
具体地：
(1)取表面平整的荷叶叶片，清洗干净后，固定于亚克力基板上，取边长为1×1cm、高为1.5mm的围板置于所述荷叶叶片上。
(2)制备压力敏感层预聚溶液：将适量的导电填充物、聚二甲基硅烷和固化剂混合均匀后，去除其中气泡后得到所述压力敏感层预聚溶液；
本对比例中称量聚二甲基硅氧烷和固化剂比例为10:1的聚二甲基硅氧烷混合物20g，向其中加入质量分数为4％的多壁碳纳米管，搅拌均匀后放置于真空设备中去除其中气泡。
(3)将所述压力敏感层预聚溶液涂布在所述绿萝叶片上；
抽取8g步骤(2)制备的压力敏感层预聚溶液，浇注于步骤(1)中所述围板内的荷叶叶片上，将所述亚克力基板固定于匀胶机的托盘上，以500r/min的速度将所述压力敏感层预聚溶液均匀悬涂于所述荷叶叶片上；
步骤(4)：从匀胶机上取下所述亚克力基板，于80℃环境内固化2h后所述压力敏感层预聚溶液固化成薄膜状的柔性压力敏感层，将所述柔性压力敏感层与所述荷叶叶片剥离，制得柔性压力敏感层。
通过以上方法，本对比例制备得到的柔性压力敏感层具有微米级尺寸的凸起结构。
本对比例中步骤(1)和步骤(2)两者之间的先后顺序不做限制，可以先后进行也可以同时进行。
灵敏度测量试验
灵敏度测试方法为：
将压力传感器放置于平面上，利用压力机探头对压力传感器表面施加一定数值的压力。在压力传感器的上电极和下电极表面分别引出导电铜线，与LCR数字电桥连接，测量压力传感器的电容值。
灵敏度S＝ΔC/(C0×P)，其中ΔC＝C-C0，C0为压力传感器的初始电容值，C为一定压力下数字电桥显示的电容值。电容单位为pF，压力的单位为kPa。
对采用实施例1至4及对比例1、2制备得到的所述压力传感器的灵敏度进行测量，测量结果如表1所示。测量过程中，对比例2制备的压力传感器在不同压力下电容变化值极小，灵敏度未得出具体曲线，因此无法得到灵敏度数值。
表1柔性压力敏感层的灵敏度对比
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
灵敏度 0.14kPa<sup>-1</sup> 0.3kPa<sup>-1</sup> 0.15kPa<sup>-1</sup> 0.1kPa<sup>-1</sup> 0.01kPa<sup>-1</sup> --
综上：
与对比例1和2相比，包含实施例1和2提供的柔性压力敏感层的压力传感器具有更高的灵敏度。
在具有毫米级尺寸的规则空气隙结构的压力传感中，具有圆柱状凸起的柔性压力敏感层的压力传感器在具有高灵敏度的同时，还具有优异的性能稳定性和可重复操作性。
对包含具有圆柱状凸起的柔性压力敏感层的压力传感器，增加试验，改变其其它参数探索其最佳实施例，如实施例3和4所示：
对比实施例2和实施例3，相比加入质量分数为4％的多壁碳纳米管，加入更多的多壁碳纳米管没有提升压力传感器的灵敏度，只需掺入较低含量的导电填充物在即可实现较好的导电性。
对比实施例2和实施例4，使用相同的所述模板，厚度较小的柔性压力敏感层的灵敏度低。
实施例2制备的压力传感器的灵敏度曲线图如图3所示，根据图3得到该压力传感器的灵敏度为0.3kPa-1，明显高于包含实施例5和6制备的具有微米级凸起结构的柔性压力敏感层的压力传感器的灵敏度。该压力传感器的压力响应范围图如图4所示，图4显示出该压力传感器的压力响应范围低至0.1N，高至2N，压力检测范围宽，且短时间内重复检测的检测结果基本一致。对该压力传感器进行循环测试得到的结果图如图5所示，图5显示该压力传感器具备稳定性，适合用于动作频繁的场合。
实施例5
本实施例提供一种指关节动作检测设备，包含使用实施例2制备的压力传感器，其工作过程中人体手指弯曲检测的响应范围图如图6所示，手指弯曲在0至90度之间均可检测到指关节的弯曲程度，且检测精度至少达到15度，并且响应迅速，满足可穿戴电子设备的适用场景。
由于实施例2制备压力传感器的过程中未使用毒性原料，使得本实施例提供的指关节动作检测设备对使用者无毒害。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.柔性压力敏感层，其特征在于，包含第一表面和第二表面，所述第一表面上设置排布规则的若干凸起结构，所述凸起结构的形状、尺寸一致。
2.根据权利要求1所述的柔性压力敏感层的制备方法，其特征在于，所述凸起结构为圆柱体或直四棱柱，所述凸起结构在所述第一表面上横竖对齐排布。
3.权利要求2所述的柔性压力敏感层的制备方法，其特征在于，所述凸起结构的底面为边长为2-4mm的正方形或直径为2-4mm圆形，所述凸起结构的高度为0.5-1.5mm。
4.权利要求1所述柔性压力敏感层的制备方法，其特征在于，
(1)选取模板：选取大小适宜的所述模板，所述模板为一面设置若干凹槽的平板，所述凹槽在所述平板上排布规则且形状、尺寸一致；
(2)制备压力敏感层预聚溶液：将适量的导电填充物、热塑性聚合物和固化剂混合均匀后，去除其中气泡后得到所述压力敏感层预聚溶液，其中所述热塑性聚合物为硅橡胶体系物质；
(3)将所述压力敏感层预聚溶液涂布在所述模板上；
(4)将涂布有所述压力敏感层预聚溶液的模板置于设定温度的环境中；经过设定时间后，所述压力敏感层预聚溶液固化成薄膜状的柔性压力敏感层，将所述柔性压力敏感层与所述模板剥离。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述模板上的凹槽的横截面为边长为2-4mm的正方形或直径为2-4mm圆形，所述凹槽的深度为0.5-1.5mm。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述模板的材质为聚四氟乙烯。
7.压力传感器，其特征在于，包含：
两个权利要求1至3任一项所述柔性压力敏感层，两个所述柔性压力敏感层的第一表面相对布置；
电极，所述电极设置在所述柔性压力敏感层的第二表面上。
8.根据权利要求7所述的压力传感器，其特征在于，还包含：
柔性垫片层，所述柔性垫片层设于两个所述柔性压力敏感层之间；
两个所述柔性压力敏感层的第一表面上的凸起结构位置相同；所述柔性垫片层呈窗形结构，所述柔性垫片层的窗框设于所述第一表面的边缘处。
9.权利要求7所述压力传感器的制备方法，其特征在于，
(1)制作电极：对所述柔性压力敏感层的第二表面进行喷金处理，作为所述压力传感器的电极；
(2)表面处理：对所述柔性压力敏感层的第一表面喷涂疏水溶剂；
(3)将所述柔性垫片层置于两个所述柔性压力敏感层之间；封装所述电极、所述柔性垫片层和两个所述柔性压力敏感层。
10.可穿戴电子设备，其特征在于，包含权利要求7所述压力传感器。
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