CN114323369B - 柔性压力传感器及其制备方法、可穿戴设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及本发明涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种柔性压力传感器及其制备方法、可穿戴设备。柔性压力传感器包括：柔性基材；叉指电极，设于柔性基材上；传感层，设于叉指电极的表面，传感层的制备原料包括弹性聚合物、导电填料、固化剂及发泡剂，所述弹性聚合物与所述固化剂的质量比为(3～6)：1，所述弹性聚合物与所述发泡剂的质量比为(5～10)：1，所述导电填料占所述弹性聚合物的质量百分含量为1.5％～5％。通过调节导电填料含量、弹性聚合物与固化剂的比例，改善了传感层的导电网络，使得传感器具有较宽的压力检测范围，且提升了其灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种柔性压力传感器及其制备方法、可穿戴设备。
背景技术
柔性压力传感器，即可将压力信号转化为电信号输出以识别所施加力大小的传感器，其广泛应用于电子皮肤、人机界面、医疗保健、智能机器人等领域。目前，由于压阻式柔性压力传感器具有成本低廉、结构简单、易于制造等优点，成为许多智能传感应用领域的首选。常见的柔性压力传感主要包括弹性基体材料与导体材料。其中，弹性基体材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(PU)和Ecoflex树脂材料；导电材料包括金属颗粒、金属纳米线以及导电碳材料。基于弹性基体材料与导体材料的基本特性，这类传感器有两种制备方式：一是基于导电纳米材料的分离和开裂传感机理，在弹性基体衬底上制备导电薄膜，主要用于可拉伸应变传感器；二是主要基于渗透阈理论，将导电材料填充到弹性基体材料中，可用于压力传感器。实验结果表明，导电材料的浓度越接近渗流阈值，传感器的传感灵敏度越高。但导电材料并不易于分散于基体材料中，需借助正己烷、甲苯等有机溶剂实现较好分散，因此制备过程有一定的刺激性气味，不环保。此外，也需借助超声分散、剪切乳化以及均质化等技术来提高导电材料的分散性。然而这种方式虽提高了导电材料的分散性，但改变了原有导电材料(如碳纳米管、石墨烯等)的尺寸大小，从而影响了传感器的压阻性，灵敏度低。同时，弹性基体材料具有粘弹性，导致该类传感器响应时间长、回弹稳定性差。
目前，常用的压力传感器为了追求高灵敏度，而忽略了宽的压力检测范围。而且，为了提高压力传感器的灵敏度，通常是在传感器的传感层中引入微结构阵列。但是这种方法制得的传感器的灵敏度虽然较高，但大部分仅适用于低压(≤30kPa)检测范围。当压力继续增加时，压力传感器的响应达到平衡，无法检测更大的压力。不仅如此，高复杂度的传感器生产效率低下，在日常生活中应用受到限制。如何平衡柔性压力传感器的灵敏度、压力范围及响应时间是当前研究的热点。
发明内容
基于此，本发明提供了一种兼具较高的灵敏度、较宽的压力检测范围和较快的响应速度的柔性压力传感器及其制备方法、可穿戴设备。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明一方面，提供一种柔性压力传感器，包括：
柔性基材；
叉指电极，设于所述柔性基材上；
传感层，设于所述叉指电极背离所述柔性基材的表面，所述传感层的制备原料包括弹性聚合物、导电填料、固化剂及发泡剂，所述弹性聚合物与所述固化剂的质量比为(3～6)：1，所述弹性聚合物与所述发泡剂的质量比为(5～10)：1，所述导电填料占所述弹性聚合物的质量百分含量为1.5％～5％。
可选的，如上述所述的柔性压力传感器，所述传感层的制备原料中，所述弹性聚合物与所述固化剂的质量比为(3～4)：1，所述弹性聚合物与所述发泡剂的质量比为(5～10)：1，所述导电填料占所述弹性聚合物的质量百分含量为2％～3％。
可选的，如上述所述的柔性压力传感器，所述叉指电极为多个，多个所述叉指电极相互独立且同层设于所述柔性基材上；
所述传感层与所述叉指电极一一对应设置。
可选的，如上述所述的柔性压力传感器，所述弹性聚合物选自室温硫化硅橡胶、聚二甲基硅氧烷、Ecoflex材料及聚氨酯弹性体中的至少一种。
可选的，如上述所述的柔性压力传感器，所述柔性基材为聚酰亚胺薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或聚丙烯薄膜。
可选的，如上述所述的柔性压力传感器，所述导电填料为石墨烯、碳纳米管及碳黑中的至少一种；和/或
所述发泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠及Pluronic F-127中的至少一种。
可选的，如上述所述的柔性压力传感器，所述导电填料和所述发泡剂分别为石墨烯和十二烷基硫酸钠。
本发明一方面，还提供一种上述所述的柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
在所述柔性基材上形成所述叉指电极；
将所述弹性聚合物、所述导电填料及所述固化剂匀质后，加入所述发泡剂，匀质，制备传感原料；及
采用所述传感原料在所述叉指电极背离所述柔性基材的表面形成所述传感层，固化。
可选的，如上述所述的柔性压力传感器的制备方法，所述固化的温度为60℃～100℃，时间为0.5h～24h。
本发明另一方面，进一步提供一种可穿戴设备，其包括上述所述的柔性压力传感器。
本发明提供的上述柔性压力传感器，包含有层叠设置的柔性基材、叉指电极及传感层，且其中的传感层的制备原料包含有特定比例的弹性聚合物、导电填料、固化剂及发泡剂，调节弹性聚合物和固化剂的比例，改善了弹性聚合物形成的弹性基体的交联密度及其交联网络，调节导电填料改善了弹性基体与导电填料共同形成的导电网络，提升了传感层的灵敏度，使其具有快速响应时间，也保证了传感层优良的回弹稳定性；同时，加入特定比例的发泡剂能够在传感层中形成气腔，可以进一步提高传感层的回弹稳定性和可重复性，改善因弹性聚合物自身所存在的粘弹性而引起的传感器回弹性不稳定的问题，在一定程度上也提高了柔性压力传感器的灵敏度和快速响应时间。而且通过调控弹性基体交联密度及交联网络，可调控柔性压力传感器的相对电阻，从而可以检测较宽的压力范围。如此有效地平衡了柔性压力传感器的灵敏度、压力检测范围及响应时间，使得上述柔性压力传感器能够在具有较宽的压力检测范围的同时，具有较高的灵敏度、较快的响应速度和稳定的回弹性。
另外，通过在柔性基材上陈列叉指电极，避免了传统工艺中多个电极层的使用，且传感层中并未引入微结构(如锥形、球形等微结构)，简化了制备工艺。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明一个实施例中丝网印刷套印工艺示意图；
图2为本发明一个实施例中制得的柔性压力传感器的结构示意图；
图3为本发明一个实施例中制得的柔性压力传感器对足底压力的检测示意图；
图4为实施例1中制得的柔性压力传感器的电阻相对变化随时间的响应关系图；
图5为实施例1中制得的柔性压力传感器的响应时间测试结果图；
图6为实施例1中制得的柔性压力传感器的循环稳定性测试结果图；
图7为实施例1中制得的柔性压力传感器的灵敏度测试结果图；
图8为图7中A部区域的阻值相对变化随时间的响应关系图；
图9为实施例2中制得的柔性压力传感器的电阻相对变化随时间的响应关系图；
图10为实施例3中制得的柔性压力传感器的电阻相对变化随时间的响应关系图；
图11为实施例4中制得的柔性压力传感器的电阻相对变化随时间的响应关系图；
图12为实施例5中制得的柔性压力传感器的电阻相对变化随时间的响应关系图；
图13为对比例1中制得的柔性压力传感器；
图14为对比例2中制得的柔性压力传感器的电阻相对变化随时间的响应关系图。
具体实施方式
现将详细地提供本发明实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本发明进行多种修改和变化而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。
因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变化。本发明的其它对象、特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的。本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本发明更广阔的方面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一方面，提供一种柔性压力传感器，包括：
柔性基材；
叉指电极，设于柔性基材上；
传感层，设于叉指电极背离柔性基材的表面，其中传感层的制备原料包括弹性聚合物、导电填料、固化剂及发泡剂，所述弹性聚合物与所述固化剂的质量比为(3～6)：1，所述弹性聚合物与所述发泡剂的质量比为(5～10)：1，所述导电填料占所述弹性聚合物的质量百分含量为1.5％～5％。
上述柔性压力传感器，通过调节弹性聚合物与固化剂的比例，改善了弹性聚合物形成的弹性基体的交联密度及其交联网络，同时，通过调节导电填料含量使得导电填料在弹性基体中的导电网络发生改变，较于同类型传感器，提升了该传感器的灵敏度和响应时间。发泡剂可使得传感层形成气腔，从而可进一步确保传感器的稳定性和可重复性，改善因弹性聚合物自身所存在的粘弹性而引起的传感器回弹性不稳定的问题，并在一定程度上提高了灵敏度和响应时间。所制备的传感器在具有较宽的压力检测范围(3Kpa～400kPa)的同时，具有较高的灵敏度、较快的响应速度和稳定的回弹性。另外，通过在柔性基材上陈列叉指电极，避免了传统工艺中多个电极层的使用，且传感层中无需设置微结构，简化了传感器的制备工艺。
综上，本发明上述柔性压力传感器的结构和制作工艺均较为简单，生产效率高，适用范围广，且适于批量化生产。
在一些实施方式中，传感层的制备原料中，所述弹性聚合物与固化剂的质量比还可以为3.5:1、4:1、5:1、5.5:1等，所述弹性聚合物与发泡剂的质量比还可以为5.5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、9.5:1等，所述导电填料占弹性聚合物的质量百分含量还可以为2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％等。
在一些实施方式中，叉指电极可以为多个，多个叉指电极相互独立且同层设于柔性基材上；
传感层与叉指电极一一对应设置。
通过将叉指电极设置为独立的多个，并一一对应叉指电极形成传感层形成了阵列化的多个传感单元，如此形成的柔性压力传感器可以独立地获得不同位点的压力，从而进行多方位压力检测。
在一些实施方式中，导电填料选用本领域任意一种或多种常用的导电填料即可，例如可以为石墨烯、碳纳米管及碳黑中的一种或多种。优选的，导电填料为石墨烯。
在一些实施方式中，弹性聚合物的选择不作过多限制，本领域技术人员有可根据弹性需求选用常用的弹性聚合物，包括但不限于室温硫化硅橡胶、聚二甲基硅氧烷、Ecoflex材料、聚氨酯弹性体等。
在一些实施方式中，固化剂可以为本领域任意公知固化剂，例如可以为道康宁184固化剂。
在一些实施方式中，柔性基材可以为任意公知的柔性聚合物薄膜，例如可以为聚酰亚胺(PI)薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜或聚丙烯(PP)薄膜。
在一些实施方式中，发泡剂可以为本领域任意公知发泡剂，包括但不限于脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、十二烷基硫酸钠(SDS)、Pluronic F-127等。优选的，发泡剂为十二烷基硫酸钠。
在一些实施方式中，将叉指电极设于柔性基材的方法不作限制，以能够将叉指电极陈列于柔性基材上为准，举例说明：将叉指电极通过印刷或打印的方式阵列于柔性基材上，烘干。所述印刷具体可以为丝网印刷，所述打印具体可以为墨水直写打印。
在一些实施方式中，叉指电极可以为银叉指电极、铜叉指电极等。
在一些实施方式中，烘干的温度可以为60℃～100℃，时间可以为0.5h～24h。
本发明一方面，还提供一种上述所述的柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
在柔性基材上形成叉指电极；
将弹性聚合物、导电填料及固化剂匀质后，加入发泡剂，匀质，制备传感原料；及
采用传感原料在叉指电极背离柔性基材的表面形成传感层，固化。
在一些实施方式中，采用传感原料在导电层上形成发泡传感层的方法为套印。本发明提供的制备方法将传感层与导电层套印为一体，在制备传感层的同时，直接完成了传感器的组装，不需要额外工艺增设电极，也无需增加微结构阵列，工艺简单，生产效率高，易于批量化生产。
在一些实施方式中，套印的方法不作特别限制，例如可以为丝网印刷套印工艺。
在一些实施方式中，可以选用本领域常用的任意固化方法，其中固化的温度可以为60℃～100℃，时间为0.5h～24h。
所述温度还可以独立为65℃、70℃、80℃、90℃等；所述时间还可以独立为1h、3h、5h、10h、12h、15h、20h等。
在一些实施方式中，将导电填料、弹性聚合物、固化剂及发泡剂匀质的具体方法可以为任意公知的匀质方法。优选为公转自转相结合搅拌工艺。通过该工艺的使用可以直接将导电填料良好的分散于弹性聚合物中，无需添加如正己烷、甲苯等有机溶剂、绿色环保。而且该搅拌工艺不会影响导电填料的尺寸，从而保证了传感器的压阻性。
在一些实施方式中，公转自转相结合搅拌工艺的具体参数不作过多限制，以能够实现弹性聚合物、导电填料、固化剂及发泡剂的良好匀质为准。在一个具体的实施方式中，公转自转相结合搅拌工艺的转数可以为500rpm～8000rpm，时间可以为3min～30min。
在一些实施方式中，将导电填料、弹性聚合物、固化剂及发泡剂匀质的具体步骤包括：先将弹性聚合物、导电填料及固化剂匀质，再加入发泡剂搅拌匀质。
在一些实施方式中，搅拌的方法可以为机械搅拌或磁力搅拌等，搅拌时间不作限制，以实现组分的均匀混合为准，例如可以为5min～30min。
本发明另一方面，进一步提供一种可穿戴设备，其包括上述所述的柔性压力传感器。
在一些实施方式中，可穿戴设备包括对人体微小或复杂运动、操控动作的识别与检测设备，包括智能鞋类、智能鞋垫、操控手套、腕带、手表等。
以下结合具体实施例对本发明的柔性压力传感器及其制备方法、可穿戴设备。作进一步详细的说明。
下述各实施例和对比例中所用的固化剂为道康宁184固化剂。
实施例1
1)导电层的制备
提供PET薄膜作为柔性基材，将其置于丝网印刷机的平台上，在其上架构印有银叉指电极结构的丝印网版，利用丝网印刷机将银叉指电极陈列于PET薄膜上，然后放置于60℃的烘箱中烘干3h，制得导电层；
2)传感层原料的制备
称取0.18g石墨烯、9g聚二甲基硅氧烷及3g固化剂于物料杯中，并称取同等质量的水于另一物料杯中以保持自转公转混合工艺的平衡，并在转速为1500rpm下运行10min，制备匀质物料。配制质量浓度为1％的十二烷基硫酸钠溶液，并取1g十二烷基硫酸钠溶液加入到匀质物料中，磁力搅拌10min，制得传感层原料；
3)柔性压力传感器的制备
如图1所示，将导电层以陈列银叉指电极面朝上置于丝网印刷机的平台上，架构印有传感层图案的网版，保证网版与导电层相对应，利用传感层原料在银叉指电极上完成传感层与导电层的套印，然后放置于80℃的烘箱中烘干2h，制得如图2所示的柔性压力传感器。由图2可知，柔性基材上陈列有多个叉指电极，并在多个叉指电极上一一对应设置传感层，而且传感原料中的发泡剂可以使得传感层内部具有气腔，同时表面形成气泡。利用该柔性压力传感器对足底的压力进行检测的方法如图3所示。由图3可知，可利用上述传感器实现足底压力的检测。压力分布检测图中受力点的颜色越深代表该点处相对压力越大，脚部动作依次由脚跟着地、全足支撑、前足蹬伸到足趾离地的过程中，柔性压力传感器所检测到的脚部不同位置的相对压力大小随着脚部动作的变化而变化。
实施例2
1)导电层的制备
提供PET薄膜作为柔性基材，将其置于丝网印刷机的平台上，在其上架构印有银叉指电极结构的丝印网版，利用丝网印刷机将银叉指电极陈列于PET薄膜上，然后放置于60℃的烘箱中烘干3h，制得导电层；
2)传感层原料的制备
称取0.09g石墨烯、6g聚二甲基硅氧烷及2g固化剂于物料杯中，并称取同等质量的水于另一物料杯中以保持自转公转混合工艺的平衡，并在转速为1500rpm下运行10min，制备匀质物料。配制质量浓度为1％的十二烷基硫酸钠溶液，并取0.65g十二烷基硫酸钠溶液加入到匀质物料中，磁力搅拌10min，制得传感层原料；
3)柔性压力传感器的制备
将导电层以陈列银叉指电极面朝上置于丝网印刷机的平台上，架构印有传感层图案的网版，保证网版与导电层相对应，利用传感层原料在银叉指电极上完成传感层与导电层的套印，然后放置于80℃的烘箱中烘干2h，制得柔性压力传感器。
实施例3
1)导电层的制备
提供PET薄膜作为柔性基材，将其置于丝网印刷机的平台上，在其上架构印有银叉指电极结构的丝印网版，利用丝网印刷机将银叉指电极陈列于PET薄膜上，然后放置于60℃的烘箱中烘干3h，制得导电层；
2)传感层原料的制备
称取0.36g石墨烯、9g聚二甲基硅氧烷及3g固化剂于物料杯中，并称取同等质量的水于另一物料杯中以保持自转公转混合工艺的平衡，并在转速为1500rpm下运行10min，制备匀质物料。配制质量浓度为1％的十二烷基硫酸钠溶液，并取1g十二烷基硫酸钠溶液加入到匀质物料中，磁力搅拌10min，制得传感层原料；
3)柔性压力传感器的制备
将导电层以陈列银叉指电极面朝上置于丝网印刷机的平台上，架构印有传感层图案的网版，保证网版与导电层相对应，利用传感层原料在银叉指电极上完成传感层与导电层的套印，然后放置于80℃的烘箱中烘干2h，制得柔性压力传感器。
实施例4
1)导电层的制备
提供PET薄膜作为柔性基材，将其置于丝网印刷机的平台上，在其上架构印有银叉指电极结构的丝印网版，利用丝网印刷机将银叉指电极陈列于PET薄膜上，然后放置于60℃的烘箱中烘干3h，制得导电层；
2)传感层原料的制备
称取0.24g石墨烯、12g聚二甲基硅氧烷及3g固化剂于物料杯中，并称取同等质量的水于另一物料杯中以保持自转公转混合工艺的平衡，并在转速为1500rpm下运行10min，制备匀质物料。配制质量浓度为1％的十二烷基硫酸钠溶液，并取1.35g十二烷基硫酸钠溶液加入到匀质物料中，磁力搅拌10min，制得传感层原料；
3)柔性压力传感器的制备
将导电层以陈列银叉指电极面朝上置于丝网印刷机的平台上，架构印有传感层图案的网版，保证网版与导电层相对应，利用传感层原料在银叉指电极上完成传感层与导电层的套印，然后放置于80℃的烘箱中烘干2h，制得柔性压力传感器。
实施例5
1)导电层的制备
提供PET薄膜作为柔性基材，将其置于丝网印刷机的平台上，在其上架构印有银叉指电极结构的丝印网版，利用丝网印刷机将银叉指电极陈列于PET薄膜上，然后放置于60℃的烘箱中烘干3h，制得导电层；
2)传感层原料的制备
称取0.2g石墨烯、10g聚二甲基硅氧烷及2g固化剂于物料杯中，并称取同等质量的水于另一物料杯中以保持自转公转混合工艺的平衡，并在转速为1500rpm下运行10min，制备匀质物料。配制质量浓度为1％的十二烷基硫酸钠溶液，并取2g十二烷基硫酸钠溶液加入到匀质物料中，磁力搅拌10min，制得传感层原料；
3)柔性压力传感器的制备
将导电层以陈列银叉指电极面朝上置于丝网印刷机的平台上，架构印有传感层图案的网版，保证网版与导电层相对应，利用传感层原料在银叉指电极上完成传感层与导电层的套印，然后放置于80℃的烘箱中烘干2h，制得柔性压力传感器。
对比例1
本对比例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：传感层中石墨烯的含量不同。具体步骤如下：
1)导电层的制备
提供PET薄膜作为柔性基材，将其置于丝网印刷机的平台上，在其上架构印有银叉指电极结构的丝印网版，利用丝网印刷机将银叉指电极陈列于PET薄膜上，然后放置于60℃的烘箱中烘干3h，制得导电层；
2)传感层原料的制备
称取0.7g石墨烯、9g聚二甲基硅氧烷及3g固化剂于物料杯中，并称取同等质量的水于另一物料杯中以保持自转公转混合工艺的平衡，并在转速为1500rpm下运行10min，制备匀质物料。配制质量浓度为1％的十二烷基硫酸钠溶液，并取1g十二烷基硫酸钠溶液加入到匀质物料中，磁力搅拌10min，制得传感层原料；
3)柔性压力传感器的制备
将导电层以陈列银叉指电极面朝上置于丝网印刷机的平台上，架构印有传感层图案的网版，保证网版与导电层相对应，利用传感层原料在银叉指电极上完成传感层与导电层的套印，然后放置于80℃的烘箱中烘干2h，制得柔性压力传感器。
对比例2
本对比例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：传感层中聚二甲基硅氧烷与固化剂的比例不同。具体步骤如下：
1)导电层的制备
提供PET薄膜作为柔性基材，将其置于丝网印刷机的平台上，在其上架构印有银叉指电极结构的丝印网版，利用丝网印刷机将银叉指电极陈列于PET薄膜上，然后放置于60℃的烘箱中烘干3h，制得导电层；
2)传感层原料的制备
称取0.18g石墨烯、9g聚二甲基硅氧烷及0.9g固化剂于物料杯中，并称取同等质量的水于另一物料杯中以保持自转公转混合工艺的平衡，并在转速为1500rpm下运行10min，制备匀质物料。配制质量浓度为1％的十二烷基硫酸钠溶液，并取1g十二烷基硫酸钠溶液加入到匀质物料中，磁力搅拌10min，制得传感层原料；
3)柔性压力传感器的制备
将导电层以陈列银叉指电极面朝上置于丝网印刷机的平台上，架构印有传感层图案的网版，保证网版与导电层相对应，利用传感层原料在银叉指电极上完成传感层与导电层的套印，然后放置于80℃的烘箱中烘干2h，制得柔性压力传感器。
各实施例和对比例所用传感原料的配方如表1所示：
表1
对实施例1～5和对比例2制得的柔性压力传感器进行相关性能测试：
由图4可知，实施例1制得的柔性压力传感器的相对阻值变化可达～0.75，说明电信号稳定。由图5可知，实施例1制得的柔性压力传感器的响应时间测量值为～40ms，即具有较短的响应时间，较快的响应速度。由图6可知，在1600s的加载/卸载循环作用下，实施例1制得的柔性压力传感器的强度基本保持原始值，说明其具有优异的回弹稳定性。由图7和图8可知，实施例1制得的柔性压力传感器的压力灵敏度(S)可用近似线性的斜率来评估。在6个测量点(3kPa、77kPa、154kPa、231kPa、308kPa和385kPa)的垂直压力下，拟合得其灵敏度为4.18×10-3kPa-1，说明聚二甲基硅氧烷的交联网络得以改善，从而改善了传感器的导电网络使得其灵敏度较高。而且可检测约3kPa至约400kPa的压力，说明其具有较宽的检测范围。
由图9可知，实施例2制得的柔性压力传感器的相对阻值变化可达～0.55，说明该传感器的电信号稳定。
由图10可知，实施例3制得的柔性压力传感器的相对阻值变化可达～0.17，说明该传感器的电信号稳定。
由图11可知，实施例4制得的柔性压力传感器的相对阻值变化可达～0.45，说明该传感器的电信号稳定。
由图12可知，实施例5制得的柔性压力传感器的相对阻值变化可达～0.08，说明该传感器的电信号稳定。
由图13可知，按照对比例1的配方配制的传感原料无法成功印刷出均匀分布的传感层。
由图14可知，对比例2制得的柔性压力传感器的电阻传输信号不稳定，有杂峰影响。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种柔性压力传感器，其特征在于，包括：
柔性基材；
叉指电极，设于所述柔性基材上；
传感层，设于所述叉指电极背离所述柔性基材的表面，所述传感层的制备原料包括弹性聚合物、导电填料、固化剂及发泡剂，所述弹性聚合物与所述固化剂的质量比为(3～4)：1，所述弹性聚合物与所述发泡剂的质量比为(5～10)：1，所述导电填料占所述弹性聚合物的质量百分含量为2％～3％。
2.根据权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述叉指电极为多个，多个所述叉指电极相互独立且同层设于所述柔性基材上；
所述传感层与所述叉指电极一一对应设置。
3.根据权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述弹性聚合物选自室温硫化硅橡胶、聚二甲基硅氧烷、Ecoflex材料及聚氨酯弹性体中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述柔性基材为聚酰亚胺薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或聚丙烯薄膜。
5.根据权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述导电填料为石墨烯、碳纳米管及碳黑中的至少一种；和/或
所述发泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠及Pluronic F-127中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述导电填料和所述发泡剂分别为石墨烯和十二烷基硫酸钠。
7.一种如权利要求1～6任一项所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在所述柔性基材上形成所述叉指电极；
将所述弹性聚合物、所述导电填料及所述固化剂匀质后，加入所述发泡剂，匀质，制备传感原料；及
采用所述传感原料在所述叉指电极背离所述柔性基材的表面形成所述传感层，固化。
8.根据权利要求7所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述固化的温度为60℃～100℃，时间为0.5h～24h。
9.一种可穿戴设备，其特征在于，包括权利要求1～6任一项所述的柔性压力传感器。
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