CN113188711A - 一种压力传感器及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压力传感器及其制备方法和应用，所述压力传感器包括依次层叠设置的至少一个下电极板、介电层和上电极板；所述下电极板的个数为至少两个时，所述压力传感器还包括基板，所述下电极板设置于所述基板上，且所述下电极板的面积相同；所述介电层的制备原料包括全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液、磺酸类树脂溶液、水凝胶或磷酸盐离子液体中的任意一种或至少两种的组合。本发明所述压力传感器制备方法简单，且在脉搏监测中具有较高的灵敏度测试信号稳定性好，检测准确。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种压力传感器及其制备方法和应用。
背景技术
随着科技的发展，近几年电子产品的更新换代越来越快，人们对身体健康的关注程度越来越高，各种可穿戴器件在健康监测的需求中应运而生。以往手环、手表等可穿戴器件对脉搏感知的原理，主要是通过检测器内部所发射的光电信号，以及与在经过皮肤下血管内血流后的反射光进行对比，经过一定的信号处理与计算，得到人体的脉搏信号。然而这些测量脉搏的电子器件存在灵敏度欠缺、制作过程复杂以及测试信号稳定性较差等诸多问题，制作工艺步骤的增多也相对的提高生产的成本，灵敏度和信号稳定性差使得压力传感在测试脉搏时容易产生较大误差。另外，传感器内的光线有可能会使得皮肤产生过敏等不良反应，严重影响其佩戴的舒适性及安全性。
近些年来，结合离子与电子导电设计的离电传感器由于结构简单、灵敏度高、驱动电压小、工作稳定、动态响应好受到人们的广泛关注，但其繁琐的制作过程一直是阻碍相关产品发展应用的障碍。为了解决这一瓶颈，许多研究通过利用不同的离子液体简化制作过程。
CN111998765A公开了一种一体化的柔性拉伸传感器及其制备方法，其公开的传感器主要包括复合柔性基底、导电传感材料及信号处理电路。柔性基底至少由两种不同弹性模量的材料通过化学键连接而成，通过对多种具有不同弹性模量的材料进行图形化制备，可以对其所受应力大小进行重新分配，实现传感器性能的提升。其公开的导电传感材料，使用离子导电液体作为拉伸应变的感受体，可以实现良好的拉伸性及可靠性。同时其公开了一种一体化柔性拉伸传感器的制备方法。其公开的柔性拉伸传感器具有较大的拉伸量，较高的灵敏度及良好的生物安全性，制备方法简单，可重复性较高，但是其公开的传感器主要是拉伸传感器，在检测脉搏方面具有局限性。
CN110146198A公开了一种柔性自供能压力传感器，其公开的压力传感器包括相互贴附设置的介电摩擦层和水凝胶介电层；介电摩擦层和水凝胶介电层的外侧分别依次设置有电极层和保护层，其中：水凝胶介电层为高分子聚合物和导电液体的混合物；介电摩擦层为摩擦介电高分子材料制成；介电摩擦层与水凝胶介电层的接触面上设置有凸起状的微结构。其公开的柔性压力传感器可用于测量结构所受的压力，相比传统压阻传感器、压电传感器和电容传感器，通过自身在受到外界压力来提供电源的构思，使得到的传感器具有柔性、功耗低，灵敏度高且测量时不需要添加电源的优点，其公开的柔性压力在可穿戴传感器和结构表面压力测量方面具有较大的潜在应用价值。但是其公开的压力传感器是通过增加带有凸起的介电摩擦层实现的，制备过程较为复杂。
综上所述，开发一种制备方法简单，且在脉搏监测中具有较高的灵敏度的压力传感器至关重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种压力传感器及其制备方法和应用，所述压力传感器制备方法简单，且在脉搏监测中具有较高的灵敏度测试信号稳定性好，检测准确。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种压力传感器，所述压力传感器包括依次层叠设置的至少一个(例如一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个等)下电极板、介电层和上电极板；
所述下电极板的个数为至少两个时(例如两个、三个、四个、五个、六个、七个等)，所述压力传感器还包括基板，所述下电极板设置于所述基板上，且所述下电极板的面积均相同；
所述介电层的制备原料包括全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液、磺酸类树脂溶液、水凝胶或磷酸盐离子液体中的任意一种或至少两种的组合。
本发明所述压力传感器中下电极板的个数至少是一个，一个电极板时可以满足检测的基本需求，增加下电极板的个数，不同的下电极板分别测试不同区域位置的压力变化情况，相同面积的下电极板保证了电极板与离子介电层的接触面积相同，通过接触面积的变化导致电容的变化，从而感知压力的微小变化，检测效果准确，灵敏度高；除此之外，本发明所述介电层采用离子性质的液体作为制备原料，包括全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液、磺酸类树脂溶液、水凝胶或磷酸盐离子液体中的任意一种或至少两种的组合，上述制备原料不仅制备的过程简便，而且有较好的稳定性，导电性，上述制备原料均可以在电极板上形成薄膜状的介电层，所述介电层检测效果好，材料无毒无害，成本低廉。
优选地，所述磺酸类化合物溶液包括全氟磺酸萘酚溶液。
本发明优选全氟磺酸萘酚溶液形成介电层，原因在于材料所形成的离子膜无毒无害，且制备过程简便。
优选地，所述磺酸类树脂溶液包括聚苯乙烯磺酸溶液。
本发明优选聚苯乙烯磺酸溶液形成介电层，原因在于形成的介电层具有较好的稳定性和导电性。
优选地，所述水凝胶包括聚丙烯酰胺-金属氯化物水凝胶和/或聚乙烯醇水凝胶。
本发明优选聚丙烯酰胺-金属氯化物水凝胶和/或聚乙烯醇水凝胶形成介电层，原因在于水凝胶表面凹凸不平整的形态在测试脉搏时大大增加了压力传感器电容值的响应。
本发明所述聚丙烯酰胺-金属氯化物水凝胶指的是“聚丙烯酰胺和金属氯化物共混物形成的水凝胶”。
优选地，所述聚丙烯酰胺-金属氯化物水凝胶包括聚丙烯酰胺-氯化锂(LiCl)水凝胶。
本发明优选聚丙烯酰胺-LiCl水凝胶形成介电层，原因在于水凝胶凹凸不平的表面在测试脉搏时增大了压力传感器电容的变化值，制备简单，操作方便。
优选地，所述磷酸盐离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体。
本发明优选1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体形成介电层，原因在于磷酸盐离子液体不易挥发和固化，稳定性高，导电性好。
优选地，所述全氟化树脂溶液和磺酸类化合物溶液中溶质的质量百分数为2％-4％，例如2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％等，优选3％。
本发明所述全氟化树脂溶液和磺酸类化合物溶液中溶质的质量百分数为2％-4％，此浓度范围内的全氟化树脂溶液和磺酸类化合物溶液黏度适中，可实现均匀涂覆，得到的介电层性能更优异。
优选地，所述磺酸类树脂溶液的固含量为25％-35％，例如26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％等，优选30％。
本发明所述磺酸类树脂溶液的固含量为25％-35％，此固含量范围内的磺酸类树脂溶液可实现均匀涂覆，得到的介电层性能更优异。
优选地，所述水凝胶中溶质的质量百分数为10％-20％，例如11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％等，优选15％。
优选地，所述上电极板和下电极板的材质各自独立地包括ITO薄膜。
优选地，所述上下电极板的长度和宽度均小于15mm，例如14mm、13mm、12mm、11mm、10mm、9mm、8mm等。
优选地，所述上电极板和下电极板均包括导电区域和非导电区域。
优选地，所述介电层设置于所述导电区域上。
本发明所述介电层与上下电极板的导电膜一侧接触，例如ITO薄膜是ITO材料涂覆于基材上形成的，所述介电层与ITO薄膜的ITO一侧接触。
优选地，所述非导电区域上设置有绝缘线和导线。
优选地，所述绝缘线包括绝缘胶带。
优选地，所述导线包括银丝。
优选地，以所述全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液和磺酸类树脂溶液为制备原料形成的压力传感器中，所述上电极板和下电极板的间距为0.06-0.08mm，例如0.062mm、0.064mm、0.066mm、0.068mm、0.07mm、0.072mm、0.074mm、0.076mm、0.078mm等，优选0.06mm。
优选地，以所述全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液和磺酸类树脂溶液为制备原料形成的压力传感器中，所述介电层的厚度为0.006-0.01mm，例如0.0065mm、0.007mm、0.0075mm、0.008mm、0.0085mm、0.009mm、0.0095mm等，优选0.008mm。
优选地，以所述水凝胶为制备原料形成的压力传感器中，所述上电极板和下电极板的间距为0.05-0.15mm，例如0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.1mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm等，优选0.1mm。
优选地，以所述水凝胶为制备原料形成的压力传感器中，所述介电层的厚度为0.05-0.15mm，例如0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.1mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm等，优选0.1mm。
优选地，以所述磷酸盐离子液体为制备原料形成的压力传感器中，所述上电极板和下电极板的间距为0.3-0.5mm，例如0.32mm、0.34mm、0.36mm、0.38mm、0.4mm、0.42mm、0.44mm、0.46mm、0.48mm等，优选0.4mm。
优选地，以所述磷酸盐离子液体为制备原料形成的压力传感器中，所述介电层的厚度为0.3-0.5mm，例如0.32mm、0.34mm、0.36mm、0.38mm、0.4mm、0.42mm、0.44mm、0.46mm、0.48mm等，优选0.313mm。
第二方面，本发明提供一种第一方面所述的压力传感器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将介电层的制备原料成型，得到介电层；
在所述步骤(1)之后进行步骤(2)或步骤(2')；
(2)将一个下电极板、介电层和上电极板依次层叠设置，得到所述压力传感器；
或
(2')将基板、至少两个下电极板、介电层和上电极板依次层叠设置，得到所述压力传感器；
所述介电层的制备原料包括全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液、磺酸类树脂溶液、水凝胶或磷酸盐离子液体中的任意一种或至少两种的组合。
本发明所述制备方法简单易操作。
优选地，以所述全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液或磺酸类树脂溶液为制备原料，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在上电极板上设置模具；
(2)以所述全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液或磺酸类树脂溶液为制备原料，将所述制备原料涂覆于设置有模具的上电极板上，干燥，得到设置于上电极板上的介电层；
在所述步骤(2)之后进行步骤(3)或步骤(3')；
(3)将一个下电极板覆于所述介电层上，再将绝缘线与导线粘接后，贴覆于上电极板和下电极板，得到所述压力传感器；
或
(3')将至少两个下电极板设置于基板上，再将所述介电层设置于所述下电极板上，然后将绝缘线与银丝粘接后，贴覆于上电极板和下电极板，得到所述压力传感器。
本发明以所述全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液或磺酸类树脂溶液为制备原料形成介电层时，需要借助硅胶模型进行涂覆，以形成不同厚度的离子膜，得到所述介电层。
优选地，所述压力传感器还包括硅胶带，所述上电极板和/或下电极板固定于所述硅胶带上。
本发明所述硅胶带还设置卡扣，形成表带，方便穿戴，利于检测脉搏跳动。
优选地，以所述水凝胶为制备原料，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将水凝胶成型，得到介电层；
在所述步骤(1)之后进行步骤(2)或步骤(2')，再进行步骤(3)；
(2)将一个下电极板、介电层和上电极板依次层叠设置，再将绝缘线与银丝粘接后，贴覆于上电极板和下电极板；
或
(2')将至少两个下电极板设置于基板上，再将所述设置于基板上的下电极板、介电层和上电极板依次层叠设置，再将绝缘线与导线粘接后，贴覆于上电极板和下电极板；
(3)将绝缘线与银丝粘接后，贴覆于上电极板和下电极板，并在上下电极板之间设置硅胶垫，得到所述压力传感器。
优选地，所述硅胶垫的厚度为0.05-0.15mm，例如0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.1mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm等，优选0.1mm。
优选地，所述压力传感器还包括硅胶带，所述上电极板和/或下电极板固定于所述硅胶带上。
优选地，所述水凝胶的成型包括如下步骤：
(1)将溶于水凝胶的溶质溶于溶剂中，得到水凝胶溶液；
(2)将水凝胶溶液在模具中固化成型，得到所述水凝胶。
优选地，所述固化包括紫外光固化或循环冷冻-解冻固化。
优选地，所述水凝胶的溶质包括丙烯酰胺和LiCl的组合或聚乙烯醇。
优选地，以所述磷酸盐离子液体为制备原料，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将磷酸盐离子液体在厚度为0.3-0.5mm(例如0.32mm、0.34mm、0.36mm、0.38mm、0.4mm、0.42mm、0.44mm、0.46mm、0.48mm等，优选0.313mm)布条中浸润，得到介电层；
在所述步骤(1)之后进行步骤(2)或步骤(2')，再进行步骤(3)；
(2)将一个下电极板、介电层和上电极板依次层叠设置；
或
(2')将至少两个下电极板设置于基板上，再将所述设置于基板上的下电极板、介电层和上电极板依次层叠设置；
(3)将绝缘线与导线粘接后，贴覆于上电极板和下电极板，并在上下电极板之间设置硅胶垫，得到所述压力传感器。
优选地，所述硅胶垫的厚度为0.3-0.5mm，例如0.32mm、0.34mm、0.36mm、0.38mm、0.4mm、0.42mm、0.44mm、0.46mm、0.48mm等，优选0.4mm。
优选地，所述压力传感器还包括硅胶带，所述上电极板和/或下电极板固定于所述硅胶带上。
第三方面，本发明提供一种第一方面所述的压力传感器在医疗器械中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明所述压力传感器不仅灵敏度高，测试信号稳定性好，检测准确，而且制备方法简单。
附图说明
图1是实施例1所述压力传感器的内部结构示意图；
图2是实施例6所述压力传感器的内部结构示意图；
图3是实施例1-5所述压力传感器的电极电容变化图；
图4是实施例1所述压力传感器的外观形貌图；
图5是实施例1所述压力传感器的穿戴图；
图6是实施例6所述压力传感器的外观形貌图；
图7是实施例6所述压力传感器的穿戴图；
图8是实施例8所述压力传感器电极电容变化图；
图9是实施例9所述压力传感器电极电容变化图；
图10是实施例10所述压力传感器电极电容变化图；
图11是实施例1所述压力传感器第一组电极电容变化图；
图12是实施例1所述压力传感器第二组电极电容变化图；
图13是实施例6所述压力传感器电极电容变化图；
图14是实施例7所述压力传感器电极电容变化图；
其中，1-上电极板；2-介电层；3-下电极板；4-银丝导线；5-绝缘胶带；6-基板；7-表带；8-传感部分。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种压力传感器，内部结构示意图如图1所示，所述压力传感器包括依次层叠设置的一个下电极板3、介电层2和上电极板1；
所述介电层的制备原料是全氟化树脂溶液，(购于上海泰坦科技股份有限公司探索平台，品牌Adamas，分子式为C9HF17O5S)，质量百分数为5％。
上述压力传感器的制备方法包括如下步骤：
(1)剪切两块15×15mm的ITO导电膜作为上下电极板备用，剪切1块外径：15×15mm内径：11×11mm的0.1mm厚的硅胶模型，四边各留2mm；
(2)将0.1mm厚的硅胶模型贴在一块ITO导电膜导电的一面；
(3)取3μL(2.5μL/cm2)的全氟化树脂溶液滴入硅胶模型中，并涂抹均匀；
(4)将其放入70℃的真空干燥箱中30min烘干使其在ITO导电膜上形成一层离子膜，得到0.008mm的介电层；
(5)将2块ITO导电膜三边各裁剪2mm，裁剪后尺寸为13×11mm；
(6)将上下电极板各使用0.06mm厚的绝缘胶带5(绝缘胶带的厚度即为上下电极板间距，绝缘胶带所在位置即为电极板的非导电区域，其余为导电区域)粘连一根0.1mm(直径)的银丝导线4；
(7)将上、下电极板固定在2mm(厚)×230mm(长)×16mm(宽)的硅胶带上，硅胶两侧设有卡扣，得到所述压力传感器，外观图如图4所示，分为表带7和传感部分8，穿戴图如图5所示。
实施例2-5
实施例2-5与实施例1的区别在于硅胶模型的厚度分别为0.2mm、0.3mm、0.4mm和0.5mm，形成的介电层的厚度分别为0.019mm、0.024mm、0.035mm和0.05mm，其余均与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供一种压力传感器，内部结构示意图如图2所示，所所述压力传感器包括依次层叠设置的六个下电极板3、介电层2和上电极板1；
所述介电层的制备原料是全氟磺酸萘酚溶液，溶质为全氟磺酸萘酚(购于杜邦，牌号为D520)，质量百分数为5％。
上述压力传感器的制备方法包括如下步骤：
(1)剪切两块15×15mm的ITO导电膜作为上下电极板备用，剪切1块外径：15×15mm内径：11×11mm的0.1mm厚的硅胶模型，四边各留2mm；
(2)将0.1mm厚的硅胶模型贴在一块ITO导电膜导电的一面；
(3)取3μL(2.5μL/cm2)5％全氟磺酸萘酚溶液滴入硅胶模型中，并涂抹均匀；
(4)将其放入70℃的真空干燥箱中30min烘干使其在ITO导电膜上形成一层离子膜，得到所述介电层；
(5)将2块ITO导电膜三边各裁剪2mm，裁剪后尺寸为13×11mm；
(6)上下电极板各使用绝缘胶带(绝缘胶带的厚度即为上下电极板间距，绝缘胶带5所在位置即为电极板的非导电区域，其余为导电区域)粘连一根0.1mm(直径)的银丝导线4；
(6)用ITO导电膜做1块13×10.5mm的上电极板，再用PET做1块13×10.5mm的基板6，然后用ITO导电膜做6块4×5mm的下电极板，将所述下电极板设置于基板上，然后将聚丙烯酰胺-LiCl水凝胶放置在下电极板和上电极板中间，两侧垫一块0.1mm的硅胶垫(硅胶垫的厚度即为上下电极板间距)；
(7)将上、下电极板固定在2mm(厚)×230mm(长)×16mm(宽)的硅胶带上，硅胶两侧设有卡扣，得到所述压力传感器，外观图如图6所示，分为表带7和传感部分8，穿戴图如图7所示。
实施例7
本实施例提供一种压力传感器，所述压力传感器包括依次层叠设置的一个下电极板、介电层和上电极板；
所述介电层的制备原料是聚苯乙烯磺酸溶液，溶质为聚苯乙烯磺酸(购于巴斯夫，牌号为J0403)，固含量为30％。
上述压力传感器的制备方法包括如下步骤：
(1)剪切两块15×15mm的ITO导电膜，剪切1块外径：15×15mm内径：11×11mm的0.1mm厚的硅胶模型，四边各留2mm；
(2)将0.1mm厚的硅胶模型贴在一块ITO导电膜导电的一面；
(3)取3μL(2.5μL/cm2)聚苯乙烯磺酸溶液(固含量：30％)滴入硅胶模型中，并涂抹均匀；
(4)将其放入70℃的真空干燥箱中30min烘干使其在ITO导电膜上形成一层离子膜，得到所述介电层；
(5)将2块ITO导电膜三边各裁剪2mm，裁剪后尺寸为13×11mm；
(6)上下电极板各使用绝缘胶带(绝缘胶带的厚度即为上下电极板间距，绝缘胶带所在位置即为电极板的非导电区域，其余为导电区域)粘连一根0.1mm(直径)的银丝作为导线；
(7)将上、下电极板固定在2mm(厚)×230mm(长)×16mm(宽)的硅胶带上，硅胶两侧设有卡扣，得到所述压力传感器。
实施例8
本实施例提供一种压力传感器，述压力传感器包括依次层叠设置的一个下电极板、介电层和上电极板；
所述介电层的制备原料是聚丙烯酰胺-LiCl水凝胶。
上述压力传感器的制备方法包括如下步骤：
(1)剪切1块外径：100×100mm，内径：70×70mm的0.1mm厚的硅胶模型，将模型粘在一块100×100mm透明玻璃上；
(2)配制溶液：13mL水、6.78g氯化锂、2.84g丙烯酰胺、80μL的0.1mol/L甲基双丙烯酰胺和400μL的0.1mol/Lα-酮戊二酸；
(3)溶解后立即将上述溶液倒入硅胶模具中，将砂纸粗糙一边粘在溶液上，用透明玻璃盖住，用不锈钢架子夹住两块透明玻璃；
(4)将其放入紫外灯下光照，光照高度为6cm，UV 2h，固化成型；
(5)将水凝胶取出，裁剪一块11×11mm的聚丙烯酰胺-LiCl水凝胶(厚度为0.1mm)；
(6)用ITO导电膜做2块13×11mm的电极板，将聚丙烯酰胺-LiCl水凝胶水凝胶(厚度为0.1mm)放置在上下电极板中间，两侧垫一块0.1mm的硅胶垫(硅胶垫厚度即为上下电极板间距)；
(7)上下电极板各使用绝缘胶带粘连一根0.1mm(直径)的银丝导线；
(8)将上、下电极板固定在2mm(厚)×230mm(长)×16mm(宽)的硅胶带上，硅胶两侧设有卡扣，得到所述压力传感器。
实施例9
本实施例提供一种压力传感器，所述压力传感器包括依次层叠设置的一个下电极板、介电层和上电极板；
所述介电层的制备原料是聚乙烯醇(PVA)水凝胶。
上述压力传感器的制备方法包括如下步骤：
(1)剪切1块外径：100×100mm，内径：70×70mm的0.1mm厚的硅胶模型，将模型粘在一块100×100mm透明玻璃上；
(2)配制15％的PVA溶液：将17mL水、0.4g氯化钠和3g聚乙烯醇(购于阿拉丁，牌号为209-183-3)在90℃油浴锅溶解；
(3)溶解后立即将溶液倒入硅胶模具中，将砂纸粗糙一边粘在溶液上，用透明玻璃盖住，用不锈钢架子夹住两块透明玻璃；
(4)将其放入冰箱冷冻-解冻2个循环，固化透明成型，得到所述PVA水凝胶；
(5)将PVA水凝胶取出，裁剪一块11×11mm的PVA凝胶；
(6)用ITO导电膜做2块13×11mm的电极板，将PVA水凝胶(厚度为0.1mm)放置在上下电极板中间，两侧垫一块0.1mm的硅胶垫(硅胶垫厚度即为上下电极板间距)；
(7)上下电极各使用绝缘胶带粘连一根0.1mm(直径)的银丝作为导线；
(8)将上、下电极板固定在2mm(厚)×230mm(长)×16mm(宽)的硅胶带上，硅胶两侧设有卡扣，得到所述压力传感器。
实施例10
本实施例提供一种压力传感器，所述压力传感器包括依次层叠设置的一个下电极板、介电层和上电极板；
所述介电层的制备原料是1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体(购于上海泰坦科技有限公司探索平台)。
上述压力传感器的制备方法包括如下步骤：
(1)裁剪一块11×11mm的0.313mm厚的布条(成分为15％氨纶和85％锦纶，购于德庆泰禾实业发展有限公司，牌号为WS140-1)，使其浸润离子液体，得到所述介电层；
(1)用ITO导电膜做2块13×11mm的电极板，将介电层放置在电极板中间，两侧垫一块0.4mm的硅胶垫(硅胶垫的厚度即为上下电极板间距)；
(1)上下电极板各使用绝缘胶带粘连一根0.1mm(直径)的银丝作为导线。
(1)将上、下电极板固定在2mm(厚)×230mm(长)×16mm(宽)的硅胶带上，硅胶两侧设有卡扣，得到所述压力传感器。
实施例11
本实施例与实施例7的区别在于所述介电层的制备原料为聚四氟乙烯(购于泰鸿耐磨材料)，其余均与实施例7相同。
实施例12
本实施例与实施例8的区别在于所述介电层的制备原料为聚丙烯酸水凝胶；
上述压力传感器的制备方法包括如下步骤：
(1)剪切1块外径：100×100mm，内径：70×70mm的0.1mm厚的硅胶模型，将模型粘在一块100×100mm透明玻璃上；
(2)配制溶液：43mL水、7.206g丙烯酸、2mL的0.1mol/L甲基双丙烯酰胺和1mL的0.1mol/Lα-酮戊二酸；
(3)溶解后立即将上述溶液倒入硅胶模具中，将砂纸粗糙一边粘在溶液上，用透明玻璃盖住，用不锈钢架子夹住两块透明玻璃；
(4)将其放入紫外灯下光照，光照高度为6cm，UV 1h，固化成型；
(5)将水凝胶取出，裁剪一块11×11mm的聚丙烯酸水凝胶(厚度为0.1mm)；
(6)用ITO导电膜做2块13×11mm的电极板，将聚丙烯酸水凝胶(厚度为0.1mm)放置在上下电极板中间，两侧垫一块0.1mm的硅胶垫(硅胶垫厚度即为上下电极板间距)；
(7)上下电极板各使用绝缘胶带粘连一根0.1mm(直径)的银丝导线；
(8)将上、下电极板固定在2mm(厚)×230mm(长)×16mm(宽)的硅胶带上，硅胶两侧设有卡扣，得到所述压力传感器。
实施例13
本实施例与实施例10的区别在于所述介电层的制备原料为十二烷基溴化吡啶离子液体，其余均与实施例9相同。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于所述介电层的制备原料为聚二甲基硅氧烷(购于上海昂维科技有限公司)，其余均与实施例1相同。
性能测试
将实施例1-13和对比例1进行如下测试：
(1)电极电容变化：将所述压力传感器上加载0.036g砝码测试电极电容变化；
(2)脉搏监测图：将所述压力传感器测试同一个人的脉搏变化；
测试结果汇总于图3、图8-图14中。
分析图3可知，实施例1-5所述的压力传感器性能逐渐变差，证明所述压力传感器的介电层越薄，所述压力传感器越灵敏，测试信号稳定性越好，检测越准确。
分析图8可知，实施例8所述压力传感器，即介电层为聚丙烯酰胺-LiCl水凝胶，输出电容的波形随时间变化十分稳定。
分析图9可知，实施例9所述压力传感器，即介电层为聚乙烯醇水凝胶，输出电容的波形随时间变化十分稳定。
分析图10可知，实施例10所述压力传感器，即介电层为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体，输出电容的波形随时间变化十分稳定。
分析图11可知，实施例1所述压力传感器，检测人的脉搏跳动20秒30下时，所示电容的波形随时间变化十分稳定。
分析图12可知，实施例1所述压力传感器，检测人的脉搏跳动20秒31下时，所示电容的波形随时间变化十分稳定。
分析图13可知，实施例6所述压力传感器，检测人的脉搏跳动20秒25下时，所示电容的波形随时间变化十分稳定。
分析图14可知，实施例7所述压力传感器，检测人的脉搏跳动20秒26下时，所示电容的波形随时间变化十分稳定。
分析对比例1与实施例1可知，对比例1所述压力传感器输出电容的波形不稳定，性能不如实施例1，实施例1所述压力传感器更加灵敏，测试信号稳定性更好，检测更准确，证明本申请所述压力传感器的性能优越。
分析实施例11与实施例7可知，实施例11所述压力传感器输出电容的波形不稳定，性能不如实施例7，实施例7所述压力传感器更加灵敏，测试信号稳定性更好，检测更准确，证明优选聚苯乙烯磺酸溶液所得传感器性能更佳。
分析实施例12与实施例8可知，实施例12所述压力传感器输出电容的波形不稳定，性能不如实施例8，实施例8所述压力传感器更加灵敏，测试信号稳定性更好，检测更准确，证明优选聚丙烯酰胺-LiCl水凝胶所得传感器性能更佳，除此之外，实施例9所得压力传感器性能也较好，证明优选PVA水凝胶所得传感器性能更佳。
分析实施例13与实施例10可知，实施例13所述压力传感器输出电容的波形不稳定，性能不如实施例10，实施例10所述压力传感器更加灵敏，测试信号稳定性更好，检测更准确，证明优选磷酸盐离子液体，尤其是1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体，所得传感器性能更佳。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种压力传感器，其特征在于，所述压力传感器包括依次层叠设置的至少一个下电极板、介电层和上电极板；
所述下电极板的个数为至少两个时，所述压力传感器还包括基板，所述下电极板设置于所述基板上，且所述下电极板的面积均相同；
所述介电层的制备原料包括全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液、磺酸类树脂溶液、水凝胶或磷酸盐离子液体中的任意一种或至少两种的组合。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述磺酸类化合物溶液包括全氟磺酸萘酚溶液；
优选地，所述磺酸类树脂溶液包括聚苯乙烯磺酸溶液；
优选地，所述水凝胶包括聚丙烯酰胺-金属氯化物水凝胶和/或聚乙烯醇水凝胶；
优选地，所述聚丙烯酰胺-金属氯化物水凝胶包括聚丙烯酰胺-氯化锂水凝胶；
优选地，所述磷酸盐离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体。
3.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，所述全氟化树脂溶液和磺酸类化合物溶液中溶质的质量百分数为2％-4％；
优选地，所述磺酸类树脂溶液的固含量为25％-35％；
优选地，所述水凝胶中溶质的质量百分数为10％-20％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述上电极板和下电极板的材质各自独立地包括ITO薄膜；
优选地，所述上电极板的长度和宽度均小于15mm；
优选地，所述上电极板和下电极板均包括导电区域和非导电区域；
优选地，所述介电层设置于所述导电区域上；
优选地，所述非导电区域上设置有绝缘线和导线；
优选地，所述绝缘线包括绝缘胶带；
优选地，所述导线包括银丝。
5.根据权利要求1-4任一项所述的压力传感器，其特征在于，以所述全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液和磺酸类树脂溶液为制备原料形成的压力传感器中，所述上电极板和下电极板的间距为0.06-0.08mm；
优选地，以所述全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液和磺酸类树脂溶液为制备原料形成的压力传感器中，所述介电层的厚度为0.006-0.01mm；
优选地，以所述水凝胶为制备原料形成的压力传感器中，所述上电极板和下电极板的间距为0.05-0.15mm；
优选地，以所述水凝胶为制备原料形成的压力传感器中，所述介电层的厚度为0.05-0.15mm；
优选地，以所述磷酸盐离子液体为制备原料形成的压力传感器中，所述上电极板和下电极板的间距为0.3-0.5mm；
优选地，以所述磷酸盐离子液体为制备原料形成的压力传感器中，所述介电层的厚度为0.3-0.5mm。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的压力传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将介电层的制备原料成型，得到介电层；
在所述步骤(1)之后进行步骤(2)或步骤(2')；
(2)将一个下电极板、介电层和上电极板依次层叠设置，得到所述压力传感器；
或
(2')将基板、至少两个下电极板、介电层和上电极板依次层叠设置，得到所述压力传感器；
所述介电层的制备原料包括全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液、磺酸类树脂溶液、水凝胶或磷酸盐离子液体中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，以所述全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液或磺酸类树脂溶液为制备原料，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在上电极板上设置模具；
(2)以所述全氟化树脂溶液、磺酸类化合物溶液或磺酸类树脂溶液为制备原料，将所述制备原料涂覆于设置有模具的上电极板上，干燥，得到设置于上电极板上的介电层；
在所述步骤(2)之后进行步骤(3)或步骤(3')；
(3)将一个下电极板覆于所述介电层上，再将绝缘线与导线粘接后，贴覆于上电极板和下电极板，得到所述压力传感器；
或
(3')将至少两个下电极板设置于基板上，再将所述介电层设置于所述下电极板上，然后将绝缘线与银丝粘接后，贴覆于上电极板和下电极板，得到所述压力传感器；
优选地，所述压力传感器还包括硅胶带，所述上电极板和/或下电极板固定于所述硅胶带上。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，以所述水凝胶为制备原料，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将水凝胶成型，得到介电层；
在所述步骤(1)之后进行步骤(2)或步骤(2')，再进行步骤(3)；
(2)将一个下电极板、介电层和上电极板依次层叠设置，再将绝缘线与银丝粘接后，贴覆于上电极板和下电极板；
或
(2')将至少两个下电极板设置于基板上，再将所述设置于基板上的下电极板、介电层和上电极板依次层叠设置，再将绝缘线与导线粘接后，贴覆于上电极板和下电极板；
(3)将绝缘线与银丝粘接后，贴覆于上电极板和下电极板，并在上下电极板之间设置硅胶垫，得到所述压力传感器；
优选地，所述硅胶垫的厚度为0.05-0.15mm；
优选地，所述压力传感器还包括硅胶带，所述上电极板和/或下电极板固定于所述硅胶带上；
优选地，所述水凝胶的成型包括如下步骤：
(1)将溶于水凝胶的溶质溶于溶剂中，得到水凝胶溶液；
(2)将水凝胶溶液在模具中固化成型，得到所述水凝胶；
优选地，所述固化包括紫外光固化或循环冷冻-解冻固化；
优选地，所述水凝胶的溶质包括丙烯酰胺和氯化锂的组合或聚乙烯醇。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，以所述磷酸盐离子液体为制备原料，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将磷酸盐离子液体在厚度为0.3-0.5mm布条中浸润，得到介电层；
在所述步骤(1)之后进行步骤(2)或步骤(2')，再进行步骤(3)；
(2)将一个下电极板、介电层和上电极板依次层叠设置；
或
(2')将至少两个下电极板设置于基板上，再将所述设置于基板上的下电极板、介电层和上电极板依次层叠设置；
(3)将绝缘线与导线粘接后，贴覆于上电极板和下电极板，并在上下电极板之间设置硅胶垫，得到所述压力传感器；
优选地，所述硅胶垫的厚度为0.3-0.5mm；
优选地，所述压力传感器还包括硅胶带，所述上电极板和/或下电极板固定于所述硅胶带上。
10.一种根据权利要求1-5任一项所述的压力传感器在医疗器械中的应用。
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