CN113340484A - 宽量程柔性电阻式压力传感器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种宽量程柔性电阻式压力传感器及制备方法，传感器为多层结构，从下至上依次为下封装层、柔性基底层、第一导电电极、复合海绵层、第二导电电极、上封装层，第二导电电极内测通过氦等离子辐照刻蚀得到纳米绒毛结构，复合海绵层为海绵材料通过溶液浸渍法与导电材料进行复合得到，复合海绵层内部具有片层结构导电材料；本发明通过电极纳米绒毛结构与孔洞结构充分接触提升压力测试灵敏度，并将海绵柔性骨架与导电材料相结合，充分利用了海绵的形变以及导电材料自身的形变，在不同压力范围内实现压力敏感机理切换，扩大了压力检测范围并在较宽范围内保持良好的线性响应。本发明提出的器件结构制作简单、体积小、质量轻、生物无害。
Description
技术领域
本发明涉及能量转换技术、表面处理技术、微电子机械系统(MEMS)、二维压力敏感材料领域，具体涉及一种宽量程柔性电阻式压力传感器及制备方法。
背景技术
在传感器测量的常见物理量中，压力是重要的参量之一，在货物称重识别、建筑结构稳定性监测、管道压力监测、道路交通检测、脉搏血压监测、电子皮肤触压觉等方面都存在着大量的测量需求。随着人们生活水平的提升，人们越来越关注自身的身体健康状态，特别是逐渐增长的老年人群体，柔性可穿戴无创式脉搏、血压、关节屈伸等生理参量检测成为了研究重点之一。另一方面，大数据和人工智能的发展提高了对各种原始数据大量采集的要求，如人脸微表情识别和声音识别等，需要具有一定柔性的压力传感器良好的贴附于皮肤表面收集各种情况下的压力数据，建立压力曲线和对应情况的匹配关系。
传统的压力传感器如利用应变效应的金属应变片压力传感器以及利用压阻效应的半导体应变片压力传感器在测量范围和温度稳定性上具有一定的局限性，并且难以满足日益增长的医疗保健方面应用提出的生物无害性、良好柔韧性及复杂可变表面稳定测量的需求，弹性较低的压敏材料不仅增加了佩戴者的不适感而且不能良好贴合测量表面导致精度损失。因此传统的压力传感器需要向可弯曲、可延展的柔性方向发展。利用支撑基体形变带动导电材料间距变化进而改变器件整体电阻值压敏机理,电阻式压力传感器正好具备了向柔性化发展的潜力，再加上其测量范围较大、信号获取较为简单及温度稳定性好的优势，已经得到了广泛的研究和应用。
当前常用的柔性电阻式压力传感器主要采用了复合薄膜和多孔气凝胶敏感结构，此类器件具有宽域检测能力弱、制备工艺复杂、成本高、电极结构单一等不足，通常检测范围为在20kPa以下，对于关节弯曲、足底踩踏等60-100kPa较高压力范围的人体活动响应达到饱和，难以实现全面的检测，制约了其实用化和商业化。而通过浸渍法将聚氨酯多孔海绵与MXene片层材料复合所制备的柔性电阻式压力传感器，结合了海绵纤维形变和MXene层间距改变的机理，利用了多孔海绵结构比表面积大、形变范围大、形变恢复能力强的特点，能够将响应范围扩大到60kPa以上，实现较宽量程的压力响应，同时具有工艺简单、成本低廉、量程大等优点，为柔性电阻式压力传感器的研究提供了一个发展新方向，例如专利CN112146795A公开了一种基于MXene复合丁苯橡胶海绵的压力传感器，利用海绵的形变实现宽范围检测，但未进行封装保护以及引入电极微结构。专利CN109830594B公开了一种基于乙炔黑复合泡孔结构压阻式传感器，使用了可降解材料淀粉和Ecoflex，然而灵敏度较低(0.272kPa-1)且多孔结构合成过程较为复杂。对于电极微结构增敏方面，专利CN112179530A公开了一种基于石墨烯复合滤纸及复合织物的叠层柔性压阻式传感器，利用了滤纸本身的微结构增加与织物之间的接触面积，实现了结构的稳定性和低压力范围的高灵敏度，但测量范围不如复合海绵类器件，并且整体线性度不高，有明显分段衰减现象。
同目前的柔性电阻式压力传感器相比，该传感器采用了经过等离子体刻蚀的表面纳米绒毛状微结构的钼金属片作为电极之一，将核聚变容器氦脆现象导致的金属表面形貌改变加以利用作为引入微结构的方法，可增加与多孔状海绵骨架的接触面积，使导电通路的变化被更完全的捕获，同时结合了海绵形变和MXene层间距改变两种敏感机理，提升了传感器件的压力检测范围和整体灵敏度。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种宽量程柔性电阻式压力传感器及制备方法。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种宽量程柔性电阻式压力传感器，传感器为多层结构，从下至上依次为下封装层6、柔性基底层5、第一导电电极4、复合海绵层3、第二导电电极2、上封装层1；第二导电电极2的一面具有纳米绒毛结构，且具有纳米绒毛结构的一面与复合海绵层3接触，复合海绵层3为包裹导电材料的多孔弹性结构；上封装层1、下封装层6用于将整个器件密封固定；第一导电电极4、第二导电电极2都各有一根引线，引线用银浆粘接在电极表面的一侧，用于施加工作电压和输出测量。
作为优选方式，第二导电电极2为通过粉末冶金法制备的、可被氦等离子体辐照刻蚀形成表面具有纳米绒毛结构的金属材料；并且/或者纳米绒毛结构的绒毛长度范围在20-100nm，宽度范围在60-200nm。
作为优选方式，当垂直于器件表面施加压力时，复合海绵层3发生形变，多孔弹性结构与纳米绒毛结构的接触情况以及包覆在多孔弹性结构表面的导电材料间距随之变化，第一导电电极4与第二导电电极2之间的竖直方向导电通路数量发生变化，从而改变器件整体的电阻值；随着施加压力大小的变化，复合海绵层的形状也发生变化，在外加工作电压的情况下使第一导电电极4、复合海绵层3、第二导电电极2等效为可变电阻，输出变化的电流信号。
作为优选方式，第一导电电极4为在柔性基底层5表面印刷的电极，呈边长为0.5-2cm的正方形，厚度为100-500um。
作为优选方式，第二导电电极2材料选自钼、钨、铜、镍；并且/或者第一导电电极4的材料为铝或铜或银或金。
作为优选方式，复合海绵层的多孔弹性结构材料选自聚氨酯、聚苯乙烯、发泡聚乙烯、乳胶；并且/或者多孔弹性结构表面包覆有厚度为100-300微米的片层结构导电材料。
作为优选方式，复合海绵层的导电材料为聚吡咯、聚噻吩、银纳米线、还原氧化石墨烯、碳纳米管、二维过渡金属碳/氮化物其中至少一种或者两种以上不同材料所组成的复合材料。
作为优选方式，复合海绵层的导电材料选自具有可变层间距的二维过渡金属碳/氮化物材料Ti3C2Tx、Ti2CTx、Nb2CTx、V2CTx其中至少一种或者两种以上不同材料所组成的复合材料。
作为优选方式，柔性基底层5材料选自聚酰亚胺或聚二甲基硅氧烷或聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酯乙二醇酯；并且/或者上封装层1、下封装层6的材料选自聚氨酯胶带、聚酰亚胺胶带、聚乙烯胶带。
本发明还提供一种宽量程柔性电阻式压力传感器的制备方法，包括如下步骤：
①取一片厚度为3-8mm的聚氨酯海绵片、100-300um的聚酰亚胺薄膜经过超纯水、无水乙醇等超声清洗并干燥；聚酰亚胺薄膜作为柔性基底层；
②将清洗好的聚氨酯海绵片切割成边长为0.5-2cm的正方形结构，将清洗好的聚酰亚胺薄膜切割成边长为1-3cm的正方形结构作为复合海绵层的海绵材料；
③将经过粉末冶金和机械抛光的钼电极通过线切割成边长为5-15mm，高为1-5mm的块状试样，使用偏置电压为0-100V低载能高通量氦等离子体辐照刻蚀得到表面具有纳米绒毛结构的钼电极并在电极表面用银浆粘接引线，作为第二导电电极；
④使用丝网印刷在的聚酰亚胺薄膜印刷一层边长为0.5-2cm、厚度为100-500um的银电极并在电极表面用银浆粘接引线，作为第一导电电极；至此第一导电电极、第二导电电极、柔性基底层制作完成；
⑤通过溶液浸渍方法将洁净的聚氨酯海绵块浸入二维过渡金属碳/氮化物材料Ti3C2Tx溶液中，取出后干燥并重复1-5次，得到对压力敏感的复合海绵材料，施加压力将改变复合海绵的电阻值，从而改变输出电流；
⑥用胶带将按顺序叠放好的各层材料从边缘粘合固定，从下至上依次为下封装层6、柔性基底层5、第一导电电极4、复合海绵层3、第二导电电极2、上封装层1，并将器件与外界环境隔开，将伸出的两根引线末端粘贴铝箔胶带作为引出电极；
⑦把封装好的器件固定在推拉力计的载物台上，将电学参数测试仪的两个探头分别与两个引出电极连接，通过圆形压力探头给器件施加压力；
⑧随着施加压力大小的不同，压力传感器件的输出电信号响应发生改变，通过电学参数测试仪检测器件的输出电流信号，从而推导出外界施加压力的大小。
本发明给出了一种宽量程柔性电阻式压力传感器及制备方法，该柔性压力传感器制备工艺步骤简单，体积小、质量轻、测量范围较宽、柔韧性较好，拥有较为线性的响应输出。本发明提出的宽量程柔性电阻式压力传感器制备过程简单、结构新颖、成本低廉、实用性高、充分利用了柔性骨架的形变和MXene材料的特殊结构。在外界压力的驱动下MXene材料之间的接触情况发生改变，从而产生电阻变化，在一定的工作电压下产生不同的电流输出。
同传统的压力传感器相比，本发明具备良好的柔性，能够较好的贴合人体皮肤表面共形检测压力变化，且该柔性压力传感器采用了微结构的电极，可以增加带电极与敏感结构之间的有效接触面积，进一步提升灵敏度；另外，该器件敏感结构将海绵柔性骨架与导电材料相结合，充分利用了海绵的形变以及导电材料自身的形变，在不同压力范围内实现压力敏感机理切换，扩大了压力检测范围并在较宽范围内保持良好的线性响应。本发明提出的器件结构制作简单、体积小、成质量轻、生物无害并且能够在动态变化的表面采集外界压力并转换成电流输出实时反应压力的大小变化。
附图说明
图1为本发明的三维结构示意图；
图2为本发明宽量程柔性电阻式压力传感器的一种制备工艺流程图；
图3为器件受到外界压力时电阻改变的机理图；
图4为钼电极刻蚀前后表面形貌对比图。其中(a)未经刻蚀的光滑钼电极SEM图；(b)经过刻蚀的微结构钼电极SEM图；
图5为采用刻蚀与未刻蚀钼电极器件灵敏度对比图；
图6为不同压力条件下器件的电压-电流曲线图；
图7为脉搏测量、手指按压和脚掌踩踏响应曲线图；
图8为固定压力重复性测试响应曲线图。
1为上封装层，2为第二导电电极，3为复合海绵层，4为第一导电电极，5为柔性基底层，6为下封装层。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1：
如图1所示，一种宽量程柔性电阻式压力传感器，传感器为多层结构，从下至上依次为下封装层6、柔性基底层5、第一导电电极4、复合海绵层3、第二导电电极2、上封装层1；第二导电电极2的一面具有纳米绒毛结构，且具有纳米绒毛结构的一面与复合海绵层3接触，复合海绵层3为包裹导电材料的多孔弹性结构；上封装层1、下封装层6用于将整个器件密封固定；第一导电电极4、第二导电电极2都各有一根引线，引线用银浆粘接在电极表面的一侧，用于施加工作电压和输出测量。
第二导电电极2为通过粉末冶金法制备的、可被氦等离子体辐照刻蚀形成表面具有纳米绒毛结构的金属材料；并且/或者纳米绒毛结构的绒毛长度范围在20-100nm，宽度范围在60-200nm。
当垂直于器件表面施加压力时，复合海绵层3发生形变，多孔弹性结构与纳米绒毛结构的接触情况以及包覆在多孔弹性结构表面的导电材料间距随之变化，第一导电电极4与第二导电电极2之间的竖直方向导电通路数量发生变化，从而改变器件整体的电阻值；随着施加压力大小的变化，复合海绵层的形状也发生变化，在外加工作电压的情况下使第一导电电极4、复合海绵层3、第二导电电极2等效为可变电阻，输出变化的电流信号。
第一导电电极4为在柔性基底层5表面印刷的电极，呈边长为0.5-2cm的正方形，厚度为100-500um。
第二导电电极2材料选自钼、钨、铜、镍；并且/或者第一导电电极4的材料为铝或铜或银或金。
复合海绵层的多孔弹性结构材料选自聚氨酯、聚苯乙烯、发泡聚乙烯、乳胶；并且/或者多孔弹性结构表面包覆有厚度为100-300微米的片层结构导电材料。
复合海绵层的导电材料为聚吡咯、聚噻吩、银纳米线、还原氧化石墨烯、碳纳米管、二维过渡金属碳/氮化物其中至少一种或者两种以上不同材料所组成的复合材料。
复合海绵层的导电材料选自具有可变层间距的二维过渡金属碳/氮化物材料Ti3C2Tx、Ti2CTx、Nb2CTx、V2CTx其中至少一种或者两种以上不同材料所组成的复合材料。
柔性基底层5材料选自聚酰亚胺或聚二甲基硅氧烷或聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酯乙二醇酯；并且/或者上封装层1、下封装层6的材料选自聚氨酯胶带、聚酰亚胺胶带、聚乙烯胶带。
具体的，复合海绵层3为海绵材料通过溶液浸渍法与导电材料进行复合得到，海绵材料为弹性可变形多孔块体，随所施加压力改变而收缩或回弹；复合海绵的形变程度与施加于表面的压力大小具有线性关系，使包裹在海绵材料上的导电材料与两导电电极之间构成的导电通路数量与外界压力大小也存在线性关系，通过检测传感器输出电学参量的变化反推出所施加外界压力的大小。
在压力作用下，复合海绵层3与第二导电电极2接触的部分首先发生形变，接触面积变化导致器件电阻值发生变化；当压力逐渐增大，复合海绵层3的形变从接触面逐渐扩散到整个块体，复合海绵层3中的孔隙改变使附着在海绵敏感层骨架上的导电材料接触情况发生改变，导电通路数量发生变化导致器件电阻值发生变化；当压力继续增大，海绵层形变完全，内部具有片层结构的导电材料开始发生形变，层间距的变化使导电材料自身的电阻值发生改变，最终导致器件电阻值发生变化，实现从低到高宽量程压力检测机制。
实施例2
本实施例提供一种宽量程柔性电阻式压力传感器的制备方法，包括如下步骤：
①取一片厚度为3-8mm的聚氨酯海绵片、100-300um的聚酰亚胺薄膜经过超纯水、无水乙醇等超声清洗并干燥；聚酰亚胺薄膜作为柔性基底层；
②将清洗好的聚氨酯海绵片切割成边长为0.5-2cm的正方形结构，将清洗好的聚酰亚胺薄膜切割成边长为1-3cm的正方形结构作为复合海绵层的海绵材料；
③将经过粉末冶金和机械抛光的钼电极通过线切割成边长为5-15mm，高为1-5mm的块状试样，使用偏置电压为0-100V低载能高通量氦等离子体辐照刻蚀得到表面具有纳米绒毛结构的钼电极并在电极表面用银浆粘接引线，作为第二导电电极；
④使用丝网印刷在的聚酰亚胺薄膜印刷一层边长为0.5-2cm、厚度为100-500um的银电极并在电极表面用银浆粘接引线，作为第一导电电极；至此第一导电电极、第二导电电极、柔性基底层制作完成；
⑤通过溶液浸渍方法将洁净的聚氨酯海绵块浸入二维过渡金属碳/氮化物材料Ti3C2Tx溶液中，取出后干燥并重复1-5次，得到对压力敏感的复合海绵材料，施加压力将改变复合海绵的电阻值，从而改变输出电流；
⑥用胶带将按顺序叠放好的各层材料从边缘粘合固定，从下至上依次为下封装层6、柔性基底层5、第一导电电极4、复合海绵层3、第二导电电极2、上封装层1，并将器件与外界环境隔开，将伸出的两根引线末端粘贴铝箔胶带作为引出电极；
⑦把封装好的器件固定在推拉力计的载物台上，将电学参数测试仪的两个探头分别与两个引出电极连接，通过圆形压力探头给器件施加压力；
⑧随着施加压力大小的不同，压力传感器件的输出电信号响应发生改变，通过电学参数测试仪检测器件的输出电流信号，从而推导出外界施加压力的大小。
实施例3
如图2所示，本实施例提供一种宽量程柔性电阻式压力传感器的制备方法：
1.Ti3C2Tx MXene材料合成
①将40ml浓度为9mol/L的HCl溶液、1.2g Ti3AlC2粉末、2gLiF加入塑料广口瓶中密封35℃恒温搅拌24h。
②吸取①中搅拌完成后的溶液到离心管中，加入超纯水并以5000r/min的转速离心5min，倒去每次离心管中的上清液并重新加入超纯水，共离心5次。
③收集②中离心完成的MXene水溶液,使用小孔径滤纸进行抽滤，再进行35℃真空干燥24h得到Ti3C2Tx粉末备用。
2.传感器件制备
①取一片厚度为5mm的聚氨酯海绵片、100um的聚酰亚胺薄膜经过超纯水、无水乙醇等超声清洗并干燥。聚酰亚胺薄膜作为柔性基底层；
②将清洗好的聚氨酯海绵片切割成1cm*1cm的正方形结构，将清洗好的聚酰亚胺薄膜切割成2cm*2cm的正方形结构作为复合海绵层的海绵材料；
③将经过粉末冶金和机械抛光的纯度为99.7％的钼电极通过线切割成10*10*2mm3的块状试样，使用放电功率10kW，He流量5sLm，磁场强度0.25T，离子通量5*1022m-2s-1，入射偏置电压55V，He离子能量80eV，He离子注量1.8×1026m-2的低载能高通量氦等离子体辐照刻蚀60分钟得到具有表面纳米绒毛状微结构的钼电极并在微结构面用银浆粘接引线作为第二导电电极；
④使用丝网印刷在2cm*2cm的聚酰亚胺薄膜印刷一层正方形1cm*1cm银电极并在电极表面用银浆粘接引线作为第一导电电极；至此第一导电电极、第二导电电极、柔性基底层制作完成；
⑤按照设计浓度15mg/ml称取一定量二维过渡金属碳/氮化物材料Ti3C2Tx的粉末和超纯水，超声混合1h得到均匀的MXene水溶液。
⑤通过溶液浸渍方法将洁净的聚氨酯海绵块浸入MXene溶液中，取出后放入干燥箱50℃干燥40分钟并重复3次，得到具有一定导电性且对压力敏感的复合海绵材料，施加压力将改变复合海绵的电阻值，从而改变输出电流。
⑤用医用PU胶带将按柔性基底层、第一导电电极、复合海绵层、第二导电电极的顺序叠放好的各层材料从边缘粘合固定，并将器件与外界环境隔开，将伸出的两根引线末端粘贴铝箔胶带作为引出电极。
⑥把封装好的器件固定在推拉力计的载物台上，将电学参数测试仪的两个探头分别与两个引出电极连接,施加的工作电压为1V，通过直径为8mm圆柱形压力探头给器件施加压力。
⑦随着施加压力大小的不同，压力传感器件的输出电信号响应发生改变，通过电学参数测试仪检测器件的输出电流信号，从而推导出外界施加压力的大小。
以上是本发明提出的一种基于钼金属微结构电极的宽量程柔性电阻式压力传感器制备详细说明，该柔性压力传感器的尺寸大小为2cm*2cm*0.5cm。任何在上述实施方式的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应包含在技术方案的保护范围内。
该基于钼金属微结构电极的宽量程柔性电阻式压力传感器原理如图3所示。由于选择聚氨酯海绵作为柔性骨架，在压力作用下，低弹性模量的海绵首先发生形变，电极的微结构通过孔隙逐渐伸入海绵内部，海绵与电极接触面积增大，导致导电通路增多，电阻下降。随着施加压力的不断增大，海绵的形变从电极接触界面扩散至整个块体，MXene材料之间的接触更加充分，两电极之间的导电通路数量持续增加，电阻持续减小，当压力足够大时，海绵基本形变完全，主要的压力敏感机理转变为MXene材料片层间距d2随压力增大而减小，材料导电性增加，器件电阻继续减小。单层MXene厚度d1由于化学键的支撑变化较小，对电阻值变化基本不产生影响。由于海绵和MXene材料的形变程度与所受外力成一定的线性关系并且压力敏感机理之间过渡较为平滑，从而使得压力传感器输出电流信号与外界施加的压力大小在较宽的测量范围内存在一定的线性关系，所以通过检测传感器输出电流信号的变化，可以反推出施加压力的大小。
该柔性压力传感器的采用微结构钼电极的性能提升可由图4说明：经过氦等离子体辐照的钼金属片表面形成缺陷，具有低迁移能的氦原子在缺陷处团聚形成氦泡，不同体积的氦泡在表面沉降和上升形成凹陷和隆起，最终形成密集分布的纳米绒毛状的微结构，这样的微结构可以与海绵的孔洞相结合，深入孔洞内部，提升电极与复合海绵的有效接触面积，更有效的收集导电通路的变化情况。
图5为采用刻蚀与非刻蚀钼电极器件灵敏度对比图，图中曲线进行线性拟合后得到的拟合直线的斜率即为灵敏度，可见本发明电极对器件灵敏度有较大提升，并且在0-100kPa范围内实现了较为线性的响应。图6为不同压力条件下器件的电压-电流曲线图，图7为不同压力范围人体活动响应曲线图，对脉搏、手指按压、脚掌踩踏都能做出明显响应，实现了宽量程人体活动检测。图8为循环按压6000秒的重复性响应曲线图，循环之后输出没有明显下降。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种宽量程柔性电阻式压力传感器，其特征在于：传感器为多层结构，从下至上依次为下封装层(6)、柔性基底层(5)、第一导电电极(4)、复合海绵层(3)、第二导电电极(2)、上封装层(1)；第二导电电极(2)的一面具有纳米绒毛结构，且具有纳米绒毛结构的一面与复合海绵层(3)接触，复合海绵层(3)为包裹导电材料的多孔弹性结构；上封装层(1)、下封装层(6)用于将整个器件密封固定；第一导电电极(4)、第二导电电极(2)都各有一根引线，引线用银浆粘接在电极表面的一侧，用于施加工作电压和输出测量。
2.根据权利要求1所述的一种宽量程柔性电阻式压力传感器,其特征在于：第二导电电极(2)为通过粉末冶金法制备的、可被氦等离子体辐照刻蚀形成表面具有纳米绒毛结构的金属材料；并且/或者纳米绒毛结构的绒毛长度范围在20-100nm，宽度范围在60-200nm。
3.根据权利要求1所述的一种宽量程柔性电阻式压力传感器，其特征在于：当垂直于器件表面施加压力时，复合海绵层(3)发生形变，多孔弹性结构与纳米绒毛结构的接触情况以及包覆在多孔弹性结构表面的导电材料间距随之变化，第一导电电极(4)与第二导电电极(2)之间的竖直方向导电通路数量发生变化，从而改变器件整体的电阻值；随着施加压力大小的变化，复合海绵层的形状也发生变化，在外加工作电压的情况下使第一导电电极(4)、复合海绵层(3)、第二导电电极(2)等效为可变电阻，输出变化的电流信号。
4.根据权利要求1所述的一种宽量程柔性电阻式压力传感器,其特征在于：第一导电电极(4)为在柔性基底层(5)表面印刷的电极，呈边长为0.5-2cm的正方形，厚度为100-500um。
5.根据权利要求1所述的一种宽量程柔性电阻式压力传感器,其特征在于：第二导电电极(2)材料选自钼、钨、铜、镍；并且/或者第一导电电极(4)的材料为铝或铜或银或金。
6.根据权利要求1所述的一种宽量程柔性电阻式压力传感器,其特征在于：复合海绵层的多孔弹性结构材料选自聚氨酯、聚苯乙烯、发泡聚乙烯、乳胶；并且/或者多孔弹性结构表面包覆有厚度为100-300微米的片层结构导电材料。
7.根据权利要求1所述的一种宽量程柔性电阻式压力传感器，其特征在于：复合海绵层的导电材料为聚吡咯、聚噻吩、银纳米线、还原氧化石墨烯、碳纳米管、二维过渡金属碳/氮化物其中至少一种或者两种以上不同材料所组成的复合材料。
8.根据权利要求1所述的一种宽量程柔性电阻式压力传感器，其特征在于：复合海绵层的导电材料选自具有可变层间距的二维过渡金属碳/氮化物材料Ti3C2Tx、Ti2CTx、Nb2CTx、V2CTx其中至少一种或者两种以上不同材料所组成的复合材料。
9.根据权利要求1所述的一种宽量程柔性电阻式压力传感器，其特征在于：柔性基底层(5)材料选自聚酰亚胺或聚二甲基硅氧烷或聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酯乙二醇酯；并且/或者上封装层(1)、下封装层(6)的材料选自聚氨酯胶带、聚酰亚胺胶带、聚乙烯胶带。
10.一种宽量程柔性电阻式压力传感器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①取一片厚度为3-8mm的聚氨酯海绵片、100-300um的聚酰亚胺薄膜经过超纯水、无水乙醇等超声清洗并干燥；聚酰亚胺薄膜作为柔性基底层；
②将清洗好的聚氨酯海绵片切割成边长为0.5-2cm的正方形结构，将清洗好的聚酰亚胺薄膜切割成边长为1-3cm的正方形结构作为复合海绵层的海绵材料；
③将经过粉末冶金和机械抛光的钼电极通过线切割成边长为5-15mm，高为1-5mm的块状试样，使用偏置电压为0-100V低载能高通量氦等离子体辐照刻蚀得到表面具有纳米绒毛结构的钼电极并在电极表面用银浆粘接引线，作为第二导电电极；
④使用丝网印刷在的聚酰亚胺薄膜印刷一层边长为0.5-2cm、厚度为100-500um的银电极并在电极表面用银浆粘接引线，作为第一导电电极；至此第一导电电极、第二导电电极、柔性基底层制作完成；
⑤通过溶液浸渍方法将洁净的聚氨酯海绵块浸入二维过渡金属碳/氮化物材料Ti3C2Tx溶液中，取出后干燥并重复1-5次，得到对压力敏感的复合海绵材料，施加压力将改变复合海绵的电阻值，从而改变输出电流；
⑥用胶带将按顺序叠放好的各层材料从边缘粘合固定，从下至上依次为下封装层(6)、柔性基底层(5)、第一导电电极(4)、复合海绵层(3)、第二导电电极(2)、上封装层(1)，并将器件与外界环境隔开，将伸出的两根引线末端粘贴铝箔胶带作为引出电极；
⑦把封装好的器件固定在推拉力计的载物台上，将电学参数测试仪的两个探头分别与两个引出电极连接，通过圆形压力探头给器件施加压力；
⑧随着施加压力大小的不同，压力传感器件的输出电信号响应发生改变，通过电学参数测试仪检测器件的输出电流信号，从而推导出外界施加压力的大小。
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