CN113501488A - 柔性基片微纳结构成型装置及柔性压力传感器加工系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种柔性基片微纳结构成型装置及柔性压力传感器加工系统，其包括至少两个压印滚筒，两个压印滚筒轴向平行且之间留设有供柔性基片穿过的压印间隙，其周向外壁上设有微纳压印结构；第一驱动组件，其与压印滚筒连接并驱动两个压印滚筒同步反向转动。通过柔性基片微纳结构成型装置实现可对柔性基片进行加热与表面微纳结构的压印，并在第一驱动组件驱动两压印滚筒准确转动的情况下可有效控制柔性基片表面微纳结构的精准度，实现自动化精准加工，为柔性压力传感器的大规模制备提供条件，同时，所提供的柔性压力传感器加工系统在其基础上实现了自动供料、涂胶、柔性膜贴附、烘干固化以及收料等操作，实现自动化、工业化生产柔性压力传感器。
Description
技术领域
本申请涉及柔性压力传感器领域，特别涉及一种柔性基片微纳结构成型装置及柔性压力传感器加工系统。
背景技术
柔性电容式压力传感器与柔性压阻式压力传感器作为柔性压力传感器的重要分支，具有结构简单、稳定性好、信号易获取等特点，在软机器人、人机界面、健康状况监测、电子皮肤等领域具有广泛的应用前景。灵敏度是柔性电容式压力传感器与柔性压阻式压力传感器的关键性能指标和研究重点。通过在介电单元表面产生微纳结构如微锥、微柱、微金字塔、微球和脊形等微纳结构可有效提高柔性传感器的灵敏度。
精准化、大规模、低成本在介电单元表面制备微纳结构是这类柔性压力传感器应用的关键。目前，柔性压力传感器上的微纳结构主要通过将模板上的微纳结构转移到柔性衬底上来实现。而模板表面的微纳结构常采用光刻工艺和天然材料模板两种方法进行制备。光刻工艺虽然能对表面微纳结构进行精准化控制，但工艺复杂、成本高、不易于大幅面制备。采用天然材料作为模板制作，例如采用荷叶、芭蕉叶、砂纸、和花瓣等表面作为天然的模板，然而微纳结构的尺寸及形状无法进行设计和精准控制。以上方法无法同时达到精准控制、大规模、低成本制备的要求，阻碍了柔性压力传感器的商业应用。
发明内容
本申请实施例提供一种柔性基片微纳结构成型装置及柔性压力传感器加工系统，以解决相关技术中无法准确、大规模制作加工柔性压力传感器的问题。
第一方面，提供了一种柔性基片微纳结构成型装置，采用如下技术方案：
柔性基片微纳结构成型装置，其包括：
至少两个压印滚筒，两个所述压印滚筒轴向平行且之间留设有供柔性基片穿过的压印间隙，其周向外壁上设有微纳压印结构；
第一驱动组件，其与所述压印滚筒连接并驱动两个所述压印滚筒同步反向转动。
一些实施例中，所述压印滚筒内设有加热件，以用于加热升温所述压印滚筒。
一些实施例中，所述压印滚筒周向外壁上套设有金属膜，所述微纳压印结构设于所述金属膜外表面。
第二方面，提供了一种柔性压力传感器加工系统，采用如下技术方案：
柔性压力传感器加工系统，其包括：
供料装置，其用于输送待加工的柔性基片；
柔性基片微纳结构成型装置，其用于加热柔性基片两侧并在柔性基片两侧成型微纳结构；
涂胶装置，其用于对成型微纳结构后的柔性基片两侧涂覆胶体；
贴附装置，其用于将一侧带有平面电极的柔性膜粘附至带有胶体的柔性基片两侧
烘干装置，其用于烘干柔性基片；
收料装置，其用于收集烘干处理后的柔性基片。
一些实施例中，所述涂胶装置与所述柔性基片微纳结构成型装置之间设有冷却段区域，以用于降温所述冷却段区域内输送的柔性基片。
一些实施例中，所述供料装置用于输送连续一体式的柔性基片，所述收料装置包括：
收料滚筒，其用于卷附收集柔性基片；
第二驱动组件，其用于驱动所述收料滚筒转动。
一些实施例中，所述供料装置包括：
供料滚筒，其用于卷附送出柔性基片。
一些实施例中，所述柔性压力传感器加工系统还包括：
若干组传送辊，其设于各装置之间，以用于改变柔性基片移动方向。
一些实施例中，所述涂胶装置包括两组涂胶组件，两组涂胶组件分别用于喷涂柔性基片的两侧；所述涂胶组件包括：
喷涂件，其上设有喷头，所述喷头指向柔性基片；
喷涂模板，其设于所述喷头与柔性基片之间，其上设有过胶孔。
一些实施例中，所述贴附装置包括：
两组贴附滚筒，两组所述贴附滚筒分别位于柔性基片两侧并用以绕设柔性膜；
第三驱动组件，其用以驱动两组所述贴附滚筒同步反向转动且转动线速度与柔性基片输送速度一致。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供了一种柔性基片微纳结构成型装置及柔性压力传感器加工系统，通过柔性基片微纳结构成型装置实现可对柔性基片进行加热与表面微纳结构的快速压印成型，并在第一驱动组件驱动两压印滚筒准确转动的情况下可有效控制柔性基片表面微纳结构的精准度，实现自动化加工，为柔性压力传感器的大规模制备提供条件，同时，所提供的柔性压力传感器加工系统在其基础上实现了自动供料、涂胶、柔性膜贴附、烘干固化以及收料等操作，实现自动化、工业化生产柔性压力传感器。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的整体结构示意图；
图2为本申请实施例提供的金属膜结构示意图；
图3为本申请实施例提供的柔性基片结构示意图；
图4为本申请实施例提供的喷胶模板结构示意图；
图5为本申请实施例加工得到的柔性电容式传感器结构示意图。
图中：
a、柔性基片；b、微纳结构单元；c、柔性膜；d、平面电极；
1、柔性基片微纳结构成型装置；10、压印滚筒；11、金属膜；12、微纳压印结构；
2、供料装置；20、供料滚筒；
3、涂胶装置；30、涂胶组件；300、喷胶件；301、喷胶模板；302、过胶孔；
4、贴附装置；40、贴附滚筒；
5、烘干装置；50、烘干箱；
6、收料装置；60、收料滚筒；
7、冷却段区域；
8、传送辊。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种柔性基片微纳结构成型装置及柔性压力传感器加工系统，其能解决相关技术中无法准确的、大规模制作加工柔性压力传感器的问题。
本申请实施例提供了一种柔性基片微纳结构成型装置，其包括：至少两个压印滚筒10以及第一驱动组件。其中，两个压印滚筒10轴向平行且之间留设有供柔性基片a穿过的压印间隙，其周向外壁上设有微纳压印结构12；第一驱动组件则与压印滚筒10连接并驱动两个压印滚筒10同步反向转动。
参照图1与图3，在本实施例中，压印滚筒10设置有两个，第一驱动组件包括分别与两个压印滚筒10连接的驱动电机(图中未示出)，两个驱动电机连接同一控制单元实现配合使用，在其余实施例中，第一驱动组件还可包括一个驱动电机以及设置在两个压印滚筒10端部之间的传动链条，驱动电机与其中一个压印滚筒10连接即可同步带动两压印滚筒10转动。
具体的，这样设置使得从两个压印滚筒10之间穿过的柔性基片a可顺利在微纳压印结构12作用下在两侧成型得到微纳结构单元b，且在两个压印滚筒10同步反向转动下，使柔性基片a两侧的微纳结构单元b均得到精准成型，实现柔性基片a的自动化加工，便于工业化大规模生产柔性压力传感器。
进一步的，压印滚筒10内设有加热件，以用于加热升温压印滚筒10。
在本实施例中，加热件为设于压印滚筒10内的加热电阻丝(图中未示出)，且压印滚筒10选用导热性较好的钢制滚筒。
具体的，通过加热电阻丝对压印滚筒10的加热，使压印滚筒10可对与其接触的柔性基片a进行加热与塑化，便于压印成型微纳结构单元b的同时简化设备结构，无需额外设置加热塑化装置对柔性基片a进行加工。
进一步的，参照图2，压印滚筒10周向外壁上套设有金属膜11，微纳压印结构12设于金属膜11外表面。
本实施例中，在金属膜11上进行压印结构的成型操作时，采用激光直写技术实现成型，在其余实施例中则还可选择化学腐蚀、滚压、等离子刻蚀等技术实现成型。
具体的，在金属膜11外表面成型微纳压印结构12后在套设连接于压印滚筒10周向外壁上将使得在压印滚筒10上设置微纳压印结构12的操作更加简单可行，无需微纳压印结构12在压印滚筒10表面直接成型，同时采用金属膜11成型微纳压印结构12也使微纳压印结构12强度得到保障，具有较好的加工稳定性。此外，压印滚筒10上的金属膜11表面的微纳结构容易通过加工调整，从而可以实现得到的柔性压力传感器灵敏度具有可调性。
参照图1，本申请还提供了一种柔性压力传感器加工系统，其包括供料装置2、柔性基片微纳结构成型装置、涂胶装置3、贴附装置4、烘干装置5以及收料装置6。其中，供料装置2用于输送待加工的柔性基片a；柔性基片微纳结构成型装置用于加热柔性基片a两侧并在柔性基片a两侧成型微纳结构；涂胶装置3用于对成型微纳结构后的柔性基片a两侧涂覆胶体；贴附装置4用于将一侧带有平面电极d的柔性膜c粘附至带有胶体的柔性基片a两侧；烘干装置5用于烘干柔性基片a；收料装置6则用于收集烘干处理后的柔性基片a。
具体的，在柔性基片微纳结构成型装置的基础上实现了在其前后进行自动供料、涂胶、柔性膜c与平面电极d的贴附、烘干固化以及收料等操作，最终实现自动化、工业化生产柔性压力传感器。其中，当柔性基片a具体选择具有导电性的柔性基片，如PANI膜、PPy膜时，即可实现柔性压力传感器中柔性压阻传感器的制备；当柔性基片a具体选择不导电的柔性基片，如PU膜、PC膜等，即可实现柔性压力传感器中柔性电容传感器的制备，进而具有较好的实际效果与工业化推广意义。
参照图1，进一步的，涂胶装置3与柔性基片微纳结构成型装置之间设有冷却段区域7，以用于降温冷却段区域7内输送的柔性基片a。
在本实施例中，移动至冷却段区域7的柔性基片a采用在输送过程中自然降温方式进行。此外，在其余实施例中可采用在该端区域内设置可供穿过的冷藏箱等方式实现降低柔性基片a威纳结构成型装置与涂胶装置3之间冷却段区域7的长度，进行快速降温冷却柔性基片a。
进一步的，供料装置2用于输送连续一体式的柔性基片a，收料装置6包括收料滚筒60与第二驱动组件。其中，收料滚筒60用于卷附收集柔性基片a；第二驱动组件则用于驱动收料滚筒60转动。
本实施例中，第二驱动件采用与收料滚筒60转动轴连接的伺服电机(图中未示出)，且其与柔性基片a微纳结构内的第一驱动件转速一致，实现其可稳定的带动柔性基片a进行移动并将加工完毕的柔性电容式传感器进行卷附收纳。
具体的，柔性基片a采用连续一体式加工，实现整体加工系统的结构可更加简单，且柔性基片a的输送与加工更加稳定，同时在设置收料装置6的收料速度后可保障柔性基片a在加工过程中的张紧程度处于较稳定的状态，利于柔性电容式传感器的加工制备。
进一步的，供料装置2包括供料滚筒20，其用于卷附送出柔性基片a。
在本实施例中，供料装置2还包括与供料滚筒20转动轴传动连接的控制电机(图中未示出)，该控制电机与第二驱动件、第一驱动件均电性连接，实现各者的配合转动，实现柔性基片a可稳定的送出、转移与加工后得到收卷。
进一步的，柔性压力传感器加工系统还包括若干组传送辊8，其设于各装置之间，以用于改变柔性基片a移动方向。
具体的，利用传送辊8实现改变柔性基片a的移动方向，进而可有效利用厂区内空间，避免在直线传送加工时占用过大面积而导致成本过高难以控制。
进一步的，参照图1与图4，涂胶装置3包括两组涂胶组件30，两组涂胶组件30分别用于喷涂柔性基片a的两侧；涂胶组件30包括喷涂件以及喷涂模板，其中，喷涂件上设有喷头，喷头指向柔性基片a；喷涂模板设于喷头与柔性基片a之间，其上设有过胶孔302。
具体的，过胶孔302在喷涂模板上的开设位置对应于柔性基片a上所成型微纳结构单元b的内部间隙，进而借助喷涂件以及喷涂模板实现定量的向柔性基片a两侧微纳结构单元b之间间隙处涂覆封装胶，继而使柔性基片a后续可顺利进行带有平面电极d的柔性膜c的粘附。
进一步的，贴附装置4包括两组贴附滚筒40与第三驱动组件，两组贴附滚筒40分别位于柔性基片a两侧并用以绕设带有平面电极d的柔性膜c；第三驱动组件则用以驱动两组贴附滚筒40同步反向转动且转动线速度与柔性基片a输送速度一致。
在本实施例中，一侧带有平面电极d的柔性膜c呈连续一体式结构并凹设在贴附滚筒40上，第三驱动组件则与第一驱动组件一致为两个驱动电机，实现驱动两组贴附滚筒40进行转动，且转动线速度与柔性基片a的输送速度一致，进而使柔性基片a穿过两组贴附滚筒40时柔性膜c上所带有的平面电极d可顺利对准柔性基片a两侧的微纳结构单元b并进行粘附连接形成柔性电容式传感器，见图5。
进一步的，烘干装置5为两侧分别开设有进出口的烘干箱50，其内设有加热电阻，实现对穿过其内并带有柔性膜c的柔性基片a进行固化，最终完成柔性电容式传感器的制作，并在后续得到卷附收集。
在本申请的描述中，需要理解的是，附图中“X”的正向代表右方，相应地，“X”的反向代表左方；“Y”的正向代表前方，相应地，“Y”的反向代表后方；“Z”的正向代表上方，相应地，“Z”的反向代表下方，术语“X”、“Y”、“Z”等指示的方位或位置关系为基于说明书附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.柔性基片微纳结构成型装置，其特征在于，其包括：
至少两个压印滚筒(10)，两个所述压印滚筒(10)轴向平行且之间留设有供柔性基片(a)穿过的压印间隙，其周向外壁上设有微纳压印结构(12)；
第一驱动组件，其与所述压印滚筒(10)连接并驱动两个所述压印滚筒(10)同步反向转动。
2.根据权利要求1所述的柔性基片微纳结构成型装置，其特征在于，所述压印滚筒(10)内设有加热件，以用于加热升温所述压印滚筒(10)。
3.根据权利要求1所述的柔性基片微纳结构成型装置，其特征在于，所述压印滚筒(10)周向外壁上套设有金属膜(11)，所述微纳压印结构(12)设于所述金属膜(11)外表面。
4.柔性压力传感器加工系统，其特征在于，其包括：
供料装置(2)，其用于输送待加工的柔性基片(a)；
如权利要求1-3任意一项所述的柔性基片微纳结构成型装置(1)，其用于加热柔性基片(a)两侧并在柔性基片(a)两侧成型微纳结构单元(b)；
涂胶装置(3)，其用于对成型微纳结构后的柔性基片(a)两侧涂覆胶体；
贴附装置(4)，其用于将一侧带有平面电极(d)的柔性膜(c)粘附至带有胶体的柔性基片(a)两侧；
烘干装置(5)，其用于烘干柔性基片(a)；
收料装置(6)，其用于收集烘干处理后的柔性基片(a)。
5.根据权利要求4所述的柔性压力传感器加工系统，其特征在于，所述涂胶装置(3)与所述柔性基片微纳结构成型装置(1)之间设有冷却段区域(7)，以用于降温所述冷却段区域(7)内输送的柔性基片(a)。
6.根据权利要求4所述的柔性压力传感器加工系统，其特征在于，所述供料装置(2)用于输送连续一体式的柔性基片(a)，所述收料装置(6)包括：
收料滚筒(60)，其用于卷附收集柔性基片(a)；
第二驱动组件，其用于驱动所述收料滚筒(60)转动。
7.根据权利要求6所述的柔性压力传感器加工系统，其特征在于，所述供料装置(2)包括：
供料滚筒(20)，其用于卷附送出柔性基片(a)。
8.根据权利要求6所述的柔性压力传感器加工系统，其特征在于，所述柔性压力传感器加工系统还包括：
若干组传送辊(8)，其设于各装置之间，以用于改变柔性基片(a)移动方向。
9.根据权利要求4所述的柔性压力传感器加工系统，其特征在于，所述涂胶装置(3)包括两组涂胶组件(30)，两组涂胶组件(30)分别用于喷涂柔性基片(a)的两侧；所述涂胶组件(30)包括：
喷涂件，其上设有喷头，所述喷头指向柔性基片(a)；
喷涂模板，其设于所述喷头与柔性基片(a)之间，其上设有过胶孔(302)。
10.根据权利要求4所述的柔性压力传感器加工系统，其特征在于，所述贴附装置(4)包括：
两组贴附滚筒(40)，两组所述贴附滚筒(40)分别位于柔性基片(a)两侧并用以绕设柔性膜(c)；
第三驱动组件，其用以驱动两组所述贴附滚筒(40)同步反向转动且转动线速度与柔性基片(a)输送速度一致。
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