CN113724921B - 一种柔性结构单元、柔性压力开关与柔性压力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种柔性结构单元、柔性压力开关与柔性压力传感器。柔性结构单元包括第一柔性层、隔离层与第二柔性层；第一柔性层与隔离层之间，或者/和第二柔性层与隔离层之间设置呈环状结构的支撑层；隔离层设置若干条厚度方向的切缝。本发明增加了第一柔性层与第二柔性层相接触的难度，可防止轻微压力即可实现电路闭合导通的问题，提高了安全性，可应用于柔性压力开关与柔性压力传感器等柔性电子设备中。

Description

一种柔性结构单元、柔性压力开关与柔性压力传感器
技术领域
本发明属于柔性电子技术领域，尤其涉及一种柔性结构单元、柔性压力开关与柔性压力传感器。
背景技术
近年来柔性电子技术发展迅速，尤其是随着物联网与可穿戴技术的发展，柔性电子器件成为未来电子器件发展的主流趋势。
在电子电路中，通常使用开关控制电子电路导通与否，被广泛用于电子电路以及传感技术中。现有的刚性压力开关体积较大，自身杨氏模量较高，形变小，无法满足柔性智能化的需求。目前，柔性压力开关受到人们的广泛关注。
专利文献CN105931909A公开了一种柔性织物开关，为层状结构，包括上导电层和下导电层，以及设置在上导电层和下导电之间的弹性隔离层，弹性隔离层上设有通孔，上导电层和下导电层上分别连接导电线，在施压情况下上导电层和下导电层透过弹性隔离层的通孔进行面与面的接触，上下电极导通，从而使电子电路导通，实现一定功能；施压解除，上导电层和下导电层由于弹性隔离层的存在而相互分离，上下电极断开，从而使电子电路断开。与刚性开关相比，该柔性织物开关由于弹性隔离层的存在提高了抗弯折能力和抗剪切能力，能够嵌入到纺织服装用品中，但是存在如下问题：
(1)这种结构的开关实现导通的压力较小，尤其是当弹性隔离层、上导电层和下导电层中的一种或者几种的厚度较小或者/和弹性模量较小时在轻微压力下即可实现导通，甚至不经意间的触碰就可实现导通，因此安全性较低。
(2)由于上导电层和下导电层分别连接导电线，因此该柔性织物开关属于上下电极结构，即，与上导电层和下导电层连接的导电线分别构成上下电极引线，具有一定功能的电子电路位于上下电极之间，因此上下电极引线不在同一层面，导致在实际制备中接线、布线等工艺复杂，操作难度大；而且，当上下电极引线所在的层之间存在应变时，上下电极引线受到拉扯等形变，开关的可靠性与性能稳定性受到很大影响。
发明内容
针对上述技术现状，本发明提供一种柔性结构单元，可实现电子开关功能，并且具有较高安全性。
本发明提供的技术方案为：一种柔性结构单元，包括第一柔性层和第二柔性层，以及设置在第一柔性层和第二柔性层之间的隔离层；
其特征是：其结构是如下结构A、B、C、D中的一种；
结构A：第一柔性层为导电层，并且第二柔性层为导电层；正极引线连接第一柔性层，负极引线连接第二柔性层；所述正极引线与负极引线之间为电子元件，当第一柔性层与第二柔性层相接触，正极引线、负极引线以及电子元件可形成闭合的导电回路；
结构B：第一柔性层为导电层，并且第二柔性层为导电层；正极引线连接第二柔性层，负极引线连接第一柔性层；所述正极引线与负极引线之间为电子元件，当第一柔性层与第二柔性层相接触，正极引线、负极引线以及电子元件可形成闭合的导电回路；
结构C：第二柔性层为导电层，并且第一柔性层设置第一导电区域、第二导电区域，以及设置在第一导电区域与第二导电区域之间的电绝缘区域；第一导电区域连接正极引线，第二导电区域连接负极引线；所述正极引线与负极引线之间为电子元件，当第二柔性层与所述电绝缘区域相接触而连通正极引线与负极引线时，正极引线、负极引线以及电子元件可形成闭合的导电回路；
结构D：第一柔性层为导电层，并且第二柔性层设置第一导电区域、第二导电区域，以及设置在第一导电区域与第二导电区域之间的电绝缘区域；第一导电区域连接正极引线，第二导电区域连接负极引线；所述正极引线与负极引线之间为电子元件，当第一柔性层与所述电绝缘区域相接触而连通正极引线与负极引线时，正极引线、负极引线以及电子元件可形成闭合的导电回路；
并且，其结构中第一柔性层与隔离层之间，或者/和第二柔性层与隔离层之间设置支撑层；所述支撑层呈环状结构；
所述隔离层设置若干条厚度方向的切缝，每条切缝与隔离层的边缘无交点，并且每条切缝的一端相交于隔离层上的一点，记作A点，在压力作用下隔离层能够在A点裂开，形成开口；
或者，所述隔离层设置通孔，并且所述隔离层设置若干条厚度方向的切缝，每条切缝的一端位于隔离层上，另一端与通孔边缘相交，在压力作用下通孔边缘裂开，通孔直径变大。
作为优选，所述A点为隔离层的几何中心点。
作为优选，所述环状结构的内直径大于所述通孔的直径。
作为优选，相邻的两条切缝间的夹角相同。
考虑到上下电极结构中电极引线位于不同层面而导致接线、布线等工艺复杂，操作难度大，优选具有结构B或者结构C，使正极引线与负极引线位于同一层面，从而避免了因上下电极引线层面之间存在应变而引起的开关可靠性与性能稳定性受到影响的问题。
当所述第一柔性层为导电层时，其材料不限，包括导电织物，以及将呈液态、浆料状、凝胶状、固体颗粒状的导电材料中的一种或者几种与流动状的弹性体混合，然后弹性体固化而得到的柔性导电材料。
当所述第二柔性层为导电层时，其材料不限，包括导电织物，以及将呈液态、浆料状、凝胶状、固体颗粒状的导电材料中的一种或者几种与流动状的弹性体混合，然后弹性体固化而得到的柔性导电材料。
作为优选，所述的导电织物是具有导电功能的纤维或纱线交织而成的。
呈液态的导电材料包括但不限于液态金属、导电墨水等；呈浆料状的导电材料包括但不限于石墨烯浆料，导电材料与弹性体的混合浆料；呈凝胶状的导电材料包括但不限于石墨导电胶、银胶等；呈固体颗粒状的导电材料包括但不限于银粉、镍粉、铜粉、铁粉等金属粉体。
所述的液态金属材料是在室温下为液态的金属导电材料，包括但不限于汞、镓铟合金、镓铟锡合金，以及过渡族金属、固态非金属元素的一种或几种掺杂的镓铟合金、镓铟锡合金等。
所述结构C中，第一柔性层的制备方法不限。作为一种实现方式，通过在绝缘基底上形成彼此分离的第一导电区域与第二导电区域而得到。形成方法不限，包括涂敷、沉积、粘结、打印等方法。绝缘基底为柔性材料。
所述结构D中，第二柔性层的制备方法不限。作为一种实现方式，通过在绝缘基底上形成彼此分离的第一导电区域与第二导电区域而得到。形成方法不限，包括涂敷、沉积、粘结、打印等方法。绝缘基底为柔性材料。
第一导电区域形状不限，可以是圆形、正方形、矩形、三角形等规则的几何形状，也可以是不规则的几何形状。
第二导电区域形状不限，可以是圆形、正方形、矩形、三角形等规则的几何形状，也可以是不规则的几何形状。
所述支撑层材料不限，可以是刚性绝缘材料，也可是弹性绝缘材料。作为优选，所述支撑层是弹性材料，包括但不限于弹性高分子材料和弹性织物材料，例如热塑性弹性体(TPE)、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、脂肪族芳香族无规共聚酯(Ecoflex)、高分子聚合树脂、硅胶、橡胶、水凝胶、聚氨酯、聚乙烯辛烯共弹性体(POE)、乳胶、海绵、弹性布料中的一种或者几种。
所述隔离层材料不限，可以是刚性绝缘材料，也可是弹性绝缘材料。作为优选，所述隔离层是弹性绝缘材料，包括但不限于弹性高分子材料和弹性织物材料，例如热塑性弹性体(TPE)、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、脂肪族芳香族无规共聚酯(Ecoflex)、高分子聚合树脂、硅胶、橡胶、水凝胶、聚氨酯、聚乙烯辛烯共弹性体(POE)、乳胶、海绵、弹性布料中的一种或者几种。作为进一步优选，所述隔离层
所述切缝的制备方法不限，可以采用机械冲裁或激光裁切。
作为优选，采用热贴合或胶粘剂粘接的方式将所述第一柔性导电层、隔离层、支撑层与第二柔性导电层的边缘进行粘接。
本发明在柔性层与隔离层之间设置支撑层，并且在隔离层设置若干条厚度方向的切缝，可以构成如下结构：
(1)第一柔性层与隔离层之间设置支撑层时
当切缝的一端相交于隔离层上的A点，另一端与隔离层的边缘不相交时，在第二柔性层施加压力，第二柔性层发生弯曲形变产生凹陷，带动隔离层发生弯曲形变产生凹陷，在A点裂开形成开口，在支撑层的支撑作用下，第二柔性层透过该开口与第一柔性层相接触，从而使正极引线、负极引线以及电子元件形成闭合的导电回路；当所述压力减小至第二柔性层与第一柔性层分离，使所述导电回路断开。因此，该柔性结构单元可作为压力开关应用，当第二柔性层与第一柔性层相接触，压力开关闭合，当第二柔性层与第一柔性层分离，压力开关断开。
当所述压力逐渐增大时，第二柔性层产生更大的凹陷，使得隔离层的开口面积增大，第二柔性层透过该开口与第一柔性层相接触的面积增加，闭合的导电回路的电阻值逐渐减小，因此该柔性结构单元可作为压力传感器应用，通过探测电阻变化值得到所述压力的大小。
该柔性结构单元作为压力开关时，通过支撑层的材料选择可调节导通压力开关所需的压力值，例如，在其他条件相同时，支撑层的硬度较小，则第二柔性层透过该开口与第一柔性层相接触面积较大，导电回路的电阻较小。
当隔离层设置通孔，并且每条切缝的一端位于隔离层上，另一端与通孔边缘相交时，在第二导电层施加压力，第二导电层发生弯曲形变产生凹陷，带动隔离层发生弯曲形变产生凹陷，通孔边缘裂开，通孔直径变大，在支撑层的支撑作用下，第二导电层透过通孔与第一导电层相接触，使正极引线、负极引线以及电子元件形成闭合的导电回路；当所述压力减小至第二柔性层与第一柔性层分离，使所述导电回路断开。因此，该柔性结构单元可作为压力开关应用，当第二柔性层与第一柔性层相接触，压力开关闭合，当第二柔性层与第一柔性层分离，压力开关断开。
该柔性结构单元作为压力开关时，通过支撑层的材料选择可调节导通压力开关所需的压力值，例如，在其他条件相同时，支撑层的硬度较小，则第二柔性层透过该通孔与第一柔性层相接触面积较大，导电回路的电阻较小。
(2)第二柔性层与隔离层之间设置支撑层时
当切缝的一端相交于隔离层上的A点，另一端与隔离层的边缘不相交时，在第一柔性层施加压力，第二柔性层发生弯曲形产生凹陷，带动隔离层发生弯曲形变产生凹陷，在A点裂开形成开口，在支撑层的支撑作用下，第一柔性层透过该开口与第二柔性层相接触，从而使正极引线、负极引线以及电子元件形成闭合的导电回路；当所述压力减小至第一柔性层与第二柔性层分离，使所述导电回路断开。因此，该柔性结构单元可作为压力开关应用，当第一柔性层与第二柔性层相接触，压力开关闭合，当第一柔性层与第二柔性层，压力开关断开。
当所述压力逐渐增大时，第一柔性层产生更大的凹陷，使得隔离层的开口面积增大，第一柔性层透过该开口与第二柔性层相接触的面积增加，闭合的导电回路的电阻值逐渐减小，因此该柔性结构单元可作为压力传感器应用，通过探测电阻变化值得到所述压力的大小。
该柔性结构单元作为压力开关时，通过支撑层的材料选择可调节导通压力开关所需的压力值，例如，在其他条件相同时，支撑层的硬度较小，则第一柔性层透过该开口与第二性层相接触面积较大，导电回路的电阻较小。
当隔离层设置通孔，并且每条切缝的一端位于隔离层上，另一端与通孔边缘相交时，在第一导电层施加压力，第一导电层发生弯曲形变产生凹陷，带动隔离层发生弯曲形变产生凹陷，通孔边缘裂开，通孔直径变大，在支撑层的支撑作用下，第一导电层透过通孔与第二导电层相接触，使正极引线、负极引线以及电子元件形成闭合的导电回路；当所述压力减小至第一柔性层与第二柔性层分离，使所述导电回路断开。因此，该柔性结构单元可作为压力开关应用，当第一柔性层与第二柔性层相接触，压力开关闭合，当第一柔性层与第二柔性层分离，压力开关断开。
当所述压力逐渐增大时，第一柔性层产生更大的凹陷，使得隔离层的通孔面积增大，第一柔性层透过该通孔与第二柔性层相接触的面积增加，闭合的导电回路的电阻值逐渐减小，因此该柔性结构单元可作为压力传感器应用，通过探测电阻变化值得到所述压力的大小。
该柔性结构单元作为压力开关时，通过支撑层的材料选择可调节导通压力开关所需的压力值，例如，在其他条件相同时，支撑层的硬度较小，则第一柔性层透过该通孔与第二性层相接触面积较大，导电回路的电阻较小。
(3)第一柔性层与隔离层之间设置第一支撑层，并且第二柔性层与隔离层之间设置第二支撑层时
当切缝的一端相交于隔离层上的A点，另一端的延长线与隔离层的边缘相交时，在第一导电层施加压力，第一导电层发生弯曲形变，通过第一支撑层而带动隔离层发生弯曲，在第二支撑层的支撑作用下，隔离层在A点形成开口，第一导电层透过该开口与第二导电层相接触，从而使正极引线与负极引线之间形成闭合的导电回路，实现一定的电子功能；或者，在第二导电层施加压力，第二导电层发生弯曲形变，通过第二支撑层而带动隔离层发生弯曲，在第一支撑层的支撑作用下，隔离层在A点形成开口，第二导电层透过该开口与第一导电层相接触，从而使正极引线与负极引线之间形成闭合的导电回路，实现一定的电子功能。
当切缝的一端相交于隔离层上的A点，另一端与隔离层的边缘不相交时，在第一柔性层施加压力，第一柔性层发生弯曲形产生凹陷，通过第一支撑层带动隔离层发生弯曲形变产生凹陷，在A点裂开形成开口，在第二支撑层的支撑作用下，第一柔性层透过该开口与第二柔性层相接触，从而使正极引线、负极引线以及电子元件形成闭合的导电回路；当所述压力减小至第一柔性层与第二柔性层分离，使所述导电回路断开。或者，在第二柔性层施加压力，第二柔性层发生弯曲形变产生凹陷，通过第二支撑层带动隔离层发生弯曲形变产生凹陷，在A点裂开形成开口，在第一支撑层的支撑作用下，第二柔性层透过该开口与第一柔性层相接触，从而使正极引线、负极引线以及电子元件形成闭合的导电回路；当所述压力减小至第二柔性层与第一柔性层分离，使所述导电回路断开。
因此，该柔性结构单元可作为压力开关应用，当第一柔性层与第二柔性层相接触，压力开关闭合，当第一柔性层与第二柔性层分离，压力开关断开。
当所述压力逐渐增大时，第一柔性层或者第二柔性层产生更大的凹陷，使得隔离层的开口面积增大，第一柔性层或者第二柔性层透过开口与第二柔性层相接触的面积增加，闭合的导电回路的电阻值逐渐减小，因此该柔性结构单元可作为压力传感器应用，通过探测电阻变化值得到所述压力的大小。
该柔性结构单元作为压力开关时，通过支撑层的材料选择可调节导通压力开关所需的压力值，例如，在其他条件相同时，支撑层的硬度较小，则第一柔性层与第二性层相接触面积较大，导电回路的电阻较小。
当隔离层设置通孔，并且每条切缝的一端位于隔离层上，另一端与通孔边缘相交时，在第一导电层施加压力，第一导电层发生弯曲形变产生凹陷，通过第一支撑层带动隔离层发生弯曲形变产生凹陷，通孔边缘裂开，通孔直径变大，在第二支撑层的支撑作用下，第一导电层透过通孔与第二导电层相接触，使正极引线、负极引线以及电子元件形成闭合的导电回路；当所述压力减小至第一柔性层与第二柔性层分离，使所述导电回路断开。或者，在第二导电层施加压力，第二导电层发生弯曲形变产生凹陷，通过第二支撑层带动隔离层发生弯曲形变产生凹陷，通孔边缘裂开，通孔直径变大，在第一支撑层的支撑作用下，第二导电层透过通孔与第一导电层相接触，使正极引线、负极引线以及电子元件形成闭合的导电回路；当所述压力减小至第二柔性层与第一柔性层分离，使所述导电回路断开。因此，该柔性结构单元可作为压力开关应用，当第一柔性层与第二柔性层相接触，压力开关闭合，当第一柔性层与第二柔性层分离，压力开关断开。
当所述压力逐渐增大时，第一柔性层或者第二柔性层产生更大的凹陷，使得隔离层的通孔面积增大，第一柔性层或者第二柔性层透过通孔与第二柔性层相接触的面积增加，闭合的导电回路的电阻值逐渐减小，因此该柔性结构单元可作为压力传感器应用，通过探测电阻变化值得到所述压力的大小。
该柔性结构单元作为压力开关时，通过支撑层的材料选择可调节导通压力开关所需的压力值，例如，在其他条件相同时，支撑层的硬度较小，则第一柔性层与第二性层相接触面积较大，导电回路的电阻较小。
与现有技术相比，本发明的柔性结构单元在隔离层上设置切缝，并且设置支撑层，增加了第一导电层与第二导电层相接触的难度，可防止轻微压力即可实现闭合导通的问题，提高了安全性，可作为柔性压力开关、柔性压力传感器应用于柔性电子设备中，例如与柔性智能机器人、柔性电子皮肤、柔性电子仿生、柔性可穿戴设备、智能服装等柔性电子设备相结合，具有无异物感，穿戴舒适，使用方便安全的优点。
附图说明
图1是本发明实施例1中的柔性结构单元的结构示意图。
图2是本发明实施例2中的柔性结构单元的结构示意图。
图3是本发明实施例3中的柔性结构单元的结构示意图。
图4是本发明实施例4中的柔性结构单元的结构示意图。
图5是本发明实施例5中的柔性结构单元的结构示意图。
图1-5中的附图标记为：第一柔性层11、隔离层12、支撑层13、第二柔性层14、通孔15、切缝16、正极引线17、负极引线18、电子元件19、第一支撑层131、第二支撑层132。第一导电区域41、第二导电区域42。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1：
柔性结构单元的结构如图1所示，包括第一柔性层11和第二柔性层14，以及设置在第一柔性层11和第二柔性14之间的隔离层12。
第一柔性层11为导电层，并且第二柔性层14设置第一导电区域41、第二导电区域42，以及设置在第一导电区域与第二导电区域之间的电绝缘区域。第一导电区域41连接正极引线17，第二导电区域42连接负极引线18。正极引线17与负极引线18之间为电子元件19，当第一柔性层11与所述电绝缘区域相接触而连通正极引线17与负极引线18时，正极引线17、负极引线18以及电子元件19可形成闭合的导电回路。
第二柔性层14与隔离层12之间设置支撑层13，支撑层13呈圆环状结构。
隔离层层12设置通孔15，并且隔离层层12设置四条厚度方向的切缝16，每条切缝的一端位于隔离层12上，另一端与通孔15的边缘相交，即，隔离层仍为整体结构，未被切缝分割为离散块。
本实施例中，支撑层13的内直径大于通孔15的直径。
本实施例中，相邻的两条切缝间的夹角相同。
本实施例中，第一柔性层11采用液态金属与弹性体混合制备，弹性体为热塑性弹性体TPU，液态金属为GaInSn合金。
本实施例中，第二柔性层14采用热塑性弹性体TPU作为绝缘基底，在绝缘基底上形成彼此分离的第一导电区域41与第二导电区域42，形成方法不限，包括涂敷、沉积、粘结、打印等方法。第一导电区域41与第二导电区域42分别采用GaInSn合金与TPU的混合物。本实施例中，第一导电区域形状为矩形、第二导电区域形状为矩形。
本实施例中，支撑层13采用热塑性聚氨酯弹性体TPU构成。
本实施例中，隔离层12采用热塑性聚氨酯弹性体TPU构成，中间通过机械冲裁或激光裁切形成圆形通孔15，通过机械裁切或激光裁切形成切缝。
本实施例中，第一柔性层11、隔离层12、支撑层13与第二柔性层14上下顺序叠在一起，边缘整齐后通过环形模具热压的方式进行粘接。
该柔性结构单元可作为压力开关。使用时，在第一柔性层11施加压力，第一柔性层11发生弯曲形变产生凹陷，带动隔离层12发生弯曲形变产生凹陷，通孔15边缘裂开，通孔直径变大，在支撑层13的支撑作用下，第一柔性层11透过通孔15与第二柔性层14的电绝缘区域相接触而连通正极引线17与负极引线18时，正极引线17、负极引线18以及电子元件19形成闭合的导电回路，压力开关闭合。当施加在第一柔性层11上的压力减小至第一柔性层11与第二柔性层14分离，压力开关断开。
该柔性结构单元作为压力开关时，通过支撑层13的材料选择可实现开关闭合与断开的难易程度，例如，在其他条件相同时，支撑层13的硬度较小，则第一柔性层11透过通孔15使正极引线17与负极引线18的接触面积较大，导电回路的电阻较小，因此通过调节支撑层13的材料可调节导通压力开关所需的压力值。
当所述压力逐渐增大时，第一柔性层11产生更大的凹陷，使得隔离层12的通孔15面积增大，第一柔性层11透过该通孔使正极引线17与负极引线18之间的接触面积增加，闭合的导电回路的电阻值逐渐减小，因此该柔性结构单元可作为压力传感器应用，通过探测电阻变化值得到所述压力的大小。
实施例2：
本实施例中，柔性结构单元的结构如图2所示，与实施例1中的柔性结构单元的结构基本相同，所不同过的是：正极引线17连接第一柔性层11，负极引线18连接第二柔性层14；第二柔性层14为导电层，采用液态金属GaInSn合金与TPU混合制备。
该柔性结构单元可作为压力开关。使用时，在第一柔性层11施加压力，第一柔性层11发生弯曲形变产生凹陷，带动隔离层12发生弯曲形变产生凹陷，通孔15边缘裂开，通孔直径变大，在支撑层13的支撑作用下，第一柔性层11透过通孔15与第二柔性层14相接触时，正极引线17、负极引线18以及电子元件(与实施例1相同，该实施例中正极引线17与负极引线18之间为电子元件)形成闭合的导电回路，压力开关闭合。当施加在第一柔性层11上的压力减小至第一柔性层11与第二柔性层14分离，压力开关断开。
该柔性结构单元作为压力开关时，通过支撑层13的材料选择可实现开关闭合与断开的难易程度，例如，在其他条件相同时，支撑层13的硬度较小，则第一柔性层11透过通孔15使正极引线17与负极引线18的接触面积较大，导电回路的电阻较小，因此通过调节支撑层13的材料可调节导通压力开关所需的压力值。
当所述压力逐渐增大时，第一柔性层11产生更大的凹陷，使得隔离层12的通孔15面积增大，第一柔性层11透过该通孔与第二导电层的接触面积增加，闭合的导电回路的电阻值逐渐减小，因此该柔性结构单元可作为压力传感器应用，通过探测电阻变化值得到所述压力的大小。
实施例3：
本实施例中，柔性结构单元的结构如图3所示，与实施例1中的柔性结构单元的结构基本相同，所不同过的是隔离层12不设置通孔15，每条切缝的一端相交于隔离层的几何中心点(记作A点)，另一端与隔离层的边缘不相交，即，隔离层仍为整体结构，未被切缝分割为离散块，并且相邻切缝间的夹角相同。
该柔性结构单元可作为压力开关。使用时，在第一柔性层11施加压力，第一柔性层11发生弯曲形变产生凹陷，带动隔离层12发生弯曲形变产生凹陷，在A点裂开形成开口，在支撑层13的支撑作用下，第一柔性层11透过该开口与第二柔性层14的电绝缘区域相接触而连通正极引线17与负极引线18时，正极引线17、负极引线18以及电子元件19形成闭合的导电回路，压力开关闭合。当施加在第一柔性层11上的压力减小至第一柔性层11与第二柔性层14分离，压力开关断开。
该柔性结构单元作为压力开关时，通过支撑层13的材料选择可实现开关闭合与断开的难易程度，例如，在其他条件相同时，支撑层13的硬度较小，则第一柔性层11透过开口使正极引线17与负极引线18的接触面积较大，导电回路的电阻较小，因此通过调节支撑层13的材料可调节导通压力开关所需的压力值。
当所述压力逐渐增大时，第一柔性层11产生更大的凹陷，使得隔离层12的开口面积增大，第一柔性层11透过该开口使正极引线17与负极引线18之间的接触面积增加，闭合的导电回路的电阻值逐渐减小，因此该柔性结构单元可作为压力传感器应用，通过探测电阻变化值得到所述压力的大小。
实施例4：
本实施例中，柔性结构单元的结构如图4所示，与实施例1中的柔性结构单元的结构基本相同，所不同的是支撑层13设置在第一柔性层11与隔离层12之间。
该柔性结构单元可作为压力开关。使用时，在第二柔性层14施加压力，第二柔性层14发生弯曲形变产生凹陷，带动隔离层12发生弯曲形变产生凹陷，通孔15边缘裂开，通孔直径变大，在支撑层13的支撑作用下，第二柔性层14透过通孔15与第一柔性层11相接触，使正极引线17与负极引线18连通时，正极引线17、负极引线18以及电子元件19形成闭合的导电回路，压力开关闭合。当施加在第二柔性层14上的压力减小至第二柔性层14与第一柔性层11分离，压力开关断开。
该柔性结构单元作为压力开关时，通过支撑层13的材料选择可实现开关闭合与断开的难易程度，例如，在其他条件相同时，支撑层13的硬度较小，则第二柔性层14透过通孔15使正极引线17与负极引线18的接触面积较大，导电回路的电阻较小，因此通过调节支撑层13的材料可调节导通压力开关所需的压力值。
当所述压力逐渐增大时，第二柔性层14产生更大的凹陷，使得隔离层12的通孔15面积增大，第二柔性层14透过该通孔使正极引线17与负极引线18之间的接触面积增加，闭合的导电回路的电阻值逐渐减小，因此该柔性结构单元可作为压力传感器应用，通过探测电阻变化值得到所述压力的大小。
实施例5：
本实施例中，柔性结构单元的结构如图5所示，与实施例1中的柔性结构单元的结构基本相同，所不同的是在第一柔性层11与隔离层12之间设置第一支撑层131，在第二柔性层14与隔离层12之间设置第二支撑层132。
该柔性结构单元可作为压力开关。使用时，在第一柔性层11施加压力，第一柔性层11发生弯曲形变产生凹陷，通过第一支撑层131带动隔离层12发生弯曲形变产生凹陷，通孔15边缘裂开，通孔直径变大，在第二支撑层132的支撑作用下，第一柔性层11透过通孔15与第二柔性层14的电绝缘区域相接触而连通正极引线17与负极引线18时，正极引线17、负极引线18以及电子元件19形成闭合的导电回路，压力开关闭合。当施加在第一柔性层11上的压力减小至第一柔性层11与第二柔性层14分离，压力开关断开。或者，使用时，在第二柔性层14施加压力，第二柔性层14发生弯曲形变产生凹陷，通过第二支撑层132带动隔离层12发生弯曲形变产生凹陷，通孔15边缘裂开，通孔直径变大，在第一支撑层131的支撑作用下，第二柔性层14透过通孔15与第一柔性层11相接触，使正极引线17与负极引线18连通时，正极引线17、负极引线18以及电子元件19形成闭合的导电回路，压力开关闭合。当施加在第二柔性层14上的压力减小至第二柔性层14与第一柔性层11分离，压力开关断开。
该柔性结构单元作为压力开关时，通过第一支撑层131和/或者通过第二支撑层132的材料可实现开关闭合与断开的难易程度。例如，在其他条件相同时，第一支撑层131和/或者通过第二支撑层132的硬度较小，则第一柔性层11或第二柔性层14透过通孔15使正极引线17与负极引线18的接触面积较大，导电回路的电阻较小，因此通过调节第一支撑层131和/或者通过第二支撑层132的材料可调节导通压力开关所需的压力值。
当所述压力逐渐增大时，第一柔性层11或第二柔性层14产生更大的凹陷，使得隔离层12的通孔15面积增大，第二柔性层11或第一柔性层14透过该通孔使正极引线17与负极引线18之间的接触面积增加，闭合的导电回路的电阻值逐渐减小，因此该柔性结构单元可作为压力传感器应用，通过探测电阻变化值得到所述压力的大小。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种柔性结构单元，包括第一柔性层和第二柔性层，以及设置在第一柔性层和第二柔性层之间的隔离层；
其特征是：所述柔性结构单元的结构是如下结构A、B、C、D中的一种；
结构A：第一柔性层为导电层，并且第二柔性层为导电层；正极引线连接第一柔性层，负极引线连接第二柔性层；所述正极引线与负极引线之间为电子元件，当第一柔性层与第二柔性层相接触，正极引线、负极引线以及电子元件可形成闭合的导电回路；
结构B：第一柔性层为导电层，并且第二柔性层为导电层；正极引线连接第二柔性层，负极引线连接第一柔性层；所述正极引线与负极引线之间为电子元件，当第一柔性层与第二柔性层相接触，正极引线、负极引线以及电子元件可形成闭合的导电回路；
结构C：第二柔性层为导电层，并且第一柔性层设置第一导电区域、第二导电区域，以及设置在第一导电区域与第二导电区域之间的电绝缘区域；第一导电区域连接正极引线，第二导电区域连接负极引线；所述正极引线与负极引线之间为电子元件，当第二柔性层与所述电绝缘区域相接触而连通正极引线与负极引线时，正极引线、负极引线以及电子元件可形成闭合的导电回路；
结构D：第一柔性层为导电层，并且第二柔性层设置第一导电区域、第二导电区域，以及设置在第一导电区域与第二导电区域之间的电绝缘区域；第一导电区域连接正极引线，第二导电区域连接负极引线；所述正极引线与负极引线之间为电子元件，当第一柔性层与所述电绝缘区域相接触而连通正极引线与负极引线时，正极引线、负极引线以及电子元件可形成闭合的导电回路；
并且，其结构中第一柔性层与隔离层之间，或者/和第二柔性层与隔离层之间设置支撑层；所述支撑层呈环状结构；
所述隔离层设置若干条厚度方向的切缝，每条切缝与隔离层的边缘无交点，并且每条切缝的一端相交于隔离层上的一点，记作A点，在压力作用下隔离层能够在A点裂开，形成开口。
2.如权利要求1所述的柔性结构单元，其特征是：所述A点为隔离层的几何中心点。
3.如权利要求1所述的柔性结构单元，其特征是：相邻的两条切缝间的夹角相同。
4.如权利要求1所述的柔性结构单元，其特征是：具有结构C或者结构D，使正极引线与负极引线位于同一层面。
5.如权利要求1所述的柔性结构单元，其特征是：所述支撑层材料是刚性绝缘材料，或者是弹性绝缘材料。
6.如权利要求1所述的柔性结构单元，其特征是：所述支撑层是弹性绝缘材料，包括弹性高分子材料和弹性织物材料。
7.如权利要求6所述的柔性结构单元，其特征是：所述支撑层是聚二甲基硅氧烷、脂肪族芳香族无规共聚酯、硅胶、橡胶、水凝胶、聚氨酯、聚乙烯辛烯共聚弹性体、乳胶、海绵、弹性布料中的一种或者几种。
8.如权利要求1所述的柔性结构单元，其特征是：所述隔离层材料是刚性绝缘材料，或者是弹性绝缘材料。
9.如权利要求1所述的柔性结构单元，其特征是：所述隔离层是弹性绝缘材料，包括弹性高分子材料和弹性织物材料。
10.如权利要求9所述的柔性结构单元，其特征是：所述隔离层是聚二甲基硅氧烷、脂肪族芳香族无规共聚酯、硅胶、橡胶、水凝胶、聚氨酯、聚乙烯辛烯共聚弹性体、乳胶、海绵、弹性布料中的一种或者几种。
11.如权利要求1所述的柔性结构单元，其特征是：采用机械冲裁或激光裁切得到所述切缝。
12.如权利要求1所述的柔性结构单元，其特征是：所述第一柔性导电层、隔离层、支撑层与第二柔性导电层的边缘粘接在一起。
13.如权利要求1所述的柔性结构单元，其特征是：所述第一柔性层材料包括导电织物，以及将呈液态、浆料状、凝胶状、固体颗粒状的导电材料中的一种或者几种与流动状的弹性体混合，然后弹性体固化而得到的柔性导电材料；
所述第二柔性层材料包括导电织物，以及将呈液态、浆料状、凝胶状、固体颗粒状的导电材料中的一种或者几种与流动状的弹性体混合，然后弹性体固化而得到的柔性导电材料。
14.如权利要求1所述的柔性结构单元，其特征是：所述结构C中，第一柔性层通过在柔性绝缘基底上形成彼此分离的第一导电区域与第二导电区域而得到；
所述结构D中，第二柔性层通过在柔性绝缘基底上形成彼此分离的第一导电区域与第二导电区域而得到。
15.如权利要求14所述的柔性结构单元，其特征是：形成方法包括涂敷、沉积、粘结、打印中的一种或者几种。
16.一种柔性压力开关，其特征是：包括权利要求1至14中任一权利要求所述的柔性结构单元。
17.如权利要求16所述的柔性压力开关，其特征是：通过支撑层的材料选择调节导通压力开关所需的压力值。
18.一种柔性压力传感器，其特征是：包括权利要求1至14中任一权利要求所述的柔性结构单元。
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