CN114563112B - 一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列及其制备方法，所述本征可拉伸压力传感阵列包括：由上到下依次固定排列的上封装层、图案化电极和柔性基底，所述上封装层与柔性基底为同质低模量的可拉伸材料，所述图案化电极为高模量的可拉伸导电材料，本发明通过器件模量异质结构的设计，使器件面内应变产生重新分布，器件的拉伸形变主要集中在传感阵列之间的低模量区域，而高模量的传感区域并未产生明显的几何形变，从而维持传感区域物理特性的稳定。研制的压力传感阵列能够独立于拉伸应变的干扰准确传感法向压力。该传感阵列具有良好的可穿戴性、适应性与可拓展性，在可穿戴电子器件、人机交互与人工智能等领域具有重要应用前景。

Description

一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及可拉伸电子器件技术领域，尤其涉及一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列及其制备方法。

【背景技术】

复杂曲面，无论是静态复杂形状的物体还是动态的生物体表面，在自然界中普遍存在。软体电子器件(包括柔性电子器件和可拉伸电子器件)能够与复杂的曲面共形集成，从而显著提升了电子器件在传感、监测和诊断等功能方面的适配能力。可拉伸压力传感器作为一类重要的传感器件，是感知发生在人体、假肢或软体机器人柔软/可变形表面物理交互的必要工具。尽管当前在压力传感器的研制上取得了诸多进展，如高的延伸率、超高分辨率、高灵敏度、快速响应时间等等，但压力传感器仍然存在抗应变干扰能力低的问题。因为拉伸应变会造成器件活性区域的拉伸变形，导致器件性能的严重衰退，降低了器件对法向压力的感知精度。因此，压力传感器需要具备对拉伸应变较强的抗干扰能力，以提升其在服役过程中的传感精度。

结构工程是通过结构设计使压力传感器具备抗应变干扰能力的一种有效策略，通过蛇形结构、波浪结构与剪纸结构的设计，赋予不可拉伸材料特殊的机械性能，材料结构形变会吸收施加在器件上的应力/应变，从而避免器件传感区域性能的急剧衰退。然而，应变工程策略不仅使器件的整体拉伸量有限，而且金属-聚合物异质结构的界面结合能力低，导致器件较差的鲁棒性与顺应性。本征可拉伸压力传感器可有效解决器件拉伸量有限、鲁棒性与顺应性差的问题，但是，制备抗应变干扰的本征可拉伸压力传感阵列仍旧是一个巨大的挑战。

因此，有必要研制一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列及其制备方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列及其制备方法，通过器件模量异质结构的设计，使器件面内应变产生重新分布，器件的拉伸形变主要集中在传感阵列之间的低模量区域，而高模量的传感区域并未产生明显的几何形变。研制的压力传感阵列可以独立于拉伸应变的干扰准确传感法向压力。该传感阵列具有良好的可穿戴性、适应性与可拓展性，在可穿戴电子器件、人机交互与人工智能等领域具有重要的应用前景。

一方面，本发明提供一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列，所述本征可拉伸压力传感阵列包括：由上到下依次固定排列的上封装层、图案化电极和柔性基底，所述上封装层与柔性基底为同质低拉伸模量的可拉伸材料，所述图案化电极为高拉伸模量的可拉伸导电材料。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述上封装层与柔性基底材料的拉伸模量为0.2-0.5MPa，厚度为20-50μm。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述图案化电极的拉伸模量为15-20MPa，厚度为20-80μm。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述高拉伸模量的图案化电极与低拉伸模量的上封装层、柔性基底之间的拉伸模量比大于30。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列的制备方法，用于制备所述的本征可拉伸压力传感阵列，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一：分别配置可拉伸材料的均匀分散液和低维导电材料的均匀分散液；

步骤二：将可拉伸材料的均匀分散液通过化学改性或结构设计的方式制备不同拉伸模量的薄膜，其中，低拉伸模量的薄膜用作压力传感阵列的上封装层与柔性基底，通过浸涂工艺将高拉伸模量的薄膜与低维导电材料的复合制备可拉伸导电材料，进一步激光切割制备得图案化电极；

步骤三：按照预设的器件形状与尺寸，将上封装层、图案化电极与柔性基底依次垂直叠层排列后，采用热压工艺一次成型，获得本征可拉伸压力传感阵列。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤二中可拉伸材料的均匀分散液中包括高分子材料和分散液溶剂，其中高分子材料包括但不限于聚氨酯、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷和硅橡胶，分散液溶剂为二甲基甲酰胺、四氢呋喃和丙酮中的任一种或两种以上组合，分散液浓度为15％wt-30％wt。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤二中低维导电材料的均匀分散液包括低维导电材料和分散溶剂，其中，低维导电材料包括但不限于碳纳米管、石墨烯、二维层状过渡金属碳化物或碳氮化物和金属纳米线或纳米颗粒，分散溶剂为无水乙醇和去离子水中的任意一种，分散液浓度为0.1％wt-3％wt。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤二中薄膜拉伸模量的调控通过改变聚合物的交联密度或设计各向异性有序结构任意一种方式实现。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤三中热压工艺温度为40-80℃，加载压力为6-10MPa，加载时间60-80s。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤三中制备的本征可拉伸压力传感阵列形成了面内的周期性模量差异化结构，在拉伸过程中，器件的面内应变产生重新分布，使器件的拉伸变形主要发生在传感阵列之间的低模量区域，高模量的传感区域未产生明显的几何形变，从而维持了传感区域物理特性的稳定，压力传感阵列可独立于拉伸应变的干扰准确检测法向压力。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤三中制备的压力传感阵列的最大延伸率达100％，应变非敏感度小于5％。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

1.提出了一种薄膜材料机械性能的定制化方法，通过化学改性或结构设计的方式实现了薄膜材料机械性能如拉伸模量、延伸率的有效调控，为软体电子器件适应体表复杂特征奠定了基础。

2.发展了基于应变工程法的抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列及其制备方法，该压力传感阵列在100％的拉伸应变下依然可以准确传感法向压力刺激。

3.该抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列的制备方法兼容多种传感模式与类型，为高精度本征可拉伸电子器件的设计提供了借鉴。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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它的附图。

图1为实施例1制备的聚氨酯纤维薄膜的扫描电镜图片；

图2为实施例1制备的聚氨酯纤维薄膜的拉伸曲线；

图3a为实施例2制备的本征可拉伸压力传感阵列拉伸回复后的照片；图3b为实施例2制备的本征可拉伸压力传感阵列在60％拉伸应变下的照片；

图4a为实施例2制备的本征可拉伸压力传感阵列未拉伸时对法向压力的响应；图4b为实施例2制备的本征可拉伸压力传感阵列在60％拉伸应变下对法向压力的响应。

图5为实施例3制备的抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列的结构示意图；

图6a为实施例3制备的抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列拉伸回复后的照片；图6b为实施例3制备的抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列在60％拉伸应变下的照片；

图7a为实施例3制备的抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列在未拉伸时对法向压力的响应；图7b为实施例3制备的抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列在60％拉伸应变下对法向压力的响应。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明提供一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列及其制备方法，本征可拉伸的压力传感阵列包括：上封装层、图案化电极与柔性基底，由上到下依次固定排列；

优选的，所述上封装层与柔性基底为同质低拉伸模量的可拉伸材料，其拉伸模量为0.2-0.5MPa，厚度为20-50μm；

优选的，所述图案化电极为高拉伸模量的可拉伸导电材料，其拉伸模量为15-20MPa，厚度为20-80μm；

优选的，所述高拉伸模量的可拉伸导电材料与低拉伸模量的上封装层、柔性基底之间的拉伸模量比大于30；

优选的，所述抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列制备过程包括：

步骤一：分别配置可拉伸材料的均匀分散液、低维导电材料的均匀分散液；

步骤二：将可拉伸材料的均匀分散液通过化学改性或结构设计的方式制备不同拉伸模量的薄膜，其中，低拉伸模量的薄膜用作压力传感阵列的上封装层与柔性基底，通过浸涂工艺将高拉伸模量的薄膜与低维导电材料的复合制备可拉伸导电材料，采用激光切割的方法制备得图案化电极；

步骤三：按照预设的器件形状与尺寸，将上封装层、图案化电极与柔性基底依次垂直叠层排列后，采用热压工艺一次成型，获得本征可拉伸压力传感阵列。

优选的，所述高分子材料包括但不限于聚氨酯、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷、硅橡胶等有机高分子材料，分散液溶剂为二甲基甲酰胺、四氢呋喃、丙酮的任一种或两种以上组合，分散液浓度为15％wt-30％wt。

优选的，所述低维导电材料包括但不限于碳纳米管、石墨烯、二维层状过渡金属碳化物或碳氮化物、金属纳米线与纳米颗粒，分散溶剂为无水乙醇、去离子水的任意一种，分散液浓度为0.1％wt-3％wt。

优选的，所述可拉伸薄膜模量的调控主要通过设计力学性能各向异性的纤维有序结构实现，即通过改变纤维的排列调整纤维薄膜的延伸率与拉伸模量。

优选的，通过静电纺丝工艺制备封装层与绝缘层材料，制备工艺参数包括：施加电压为16-24kV，给料量为0.5-1mL/h，纺丝温度为15～45℃，相对湿度为20～60％，接收装置转速为100-3000rpm；

优选的，所述热压工艺温度为40-80℃，加载压力为6-10MPa，加载时间60-80s。

优选的，所述压力传感阵列经热压工艺一次成型后，器件整体形成了面内模量差异化结构，在沿特定方向拉时，器件面内应变发生了重新分布，拉伸变形主要集中在传感阵列之间的低模量区域，而高模量的传感区域并未产生明显的几何形变，压力传感阵列因此能够独立于拉伸应变的干扰准确检测法向压力。

优选的，所述压力传感阵列的最大延伸率达100％，应变非敏感度小于5％。

本发明的设计思路：

可拉伸压力传感器在拉伸过程中会产生形变，形变会同时发生在传感区域与非传感区域，当传感区域产生形变后，物理特性如电阻会产生变化，这样的话性能就产生波动，造成压力传感器在不同的拉伸应变下传感不准确，因此应变会干扰法向应力的测量。

为了使压力传感器在不同的拉伸应变下能保持传感区域物性的稳定与传感性能的稳定，本发明从材料出发控制压力传感阵列面内的形变，让形变全都发生在非传感区域，而传感区域尽量不产生形变。如果传感区域不变形其物性与传感特性将保持不变，就能够实现本发明的目的。

而实现方式便是从材料模量出发调整传感区域与非传感区域的软硬度，传感区域设计为高模量(硬)，非传感区域设计为低模量(软)，通过热压工艺将压力传感阵列热压成型后，便能够达到本发明的目的。

同时模量比最终表现为传感区域软硬度的差异，模量比越高，传感区域越硬，非传感区域越软，造成的结果便是传感区域在拉伸过程中的形变会越小，即抗应变干扰性会越强。当两者模量比大于30，传感区域基本不会产生形变。

具体实施例1：

可拉伸材料主要通过静电纺丝工艺制备，通过调整纤维的取向实现可拉伸材料机械性能如拉伸模量与延伸率的有效调控，其制备过程如下：

(1)称量2.0g聚氨酯、3.2g二甲基甲酰胺、4.8g四氢呋喃于玻璃瓶中，放入磁子搅拌溶解，溶解过程中转速为500rpm，加热温度为60℃，磁力搅拌时间为6小时，搅拌结束后将聚氨酯溶液静置2小时去除内部气泡。

(2)通过调整静电纺丝工艺参数制备不同拉伸模量的纤维薄膜。静电纺丝过程中，设置电纺电压为20kV，给料量为0.6ml/h，设置接收装置的转速分别为100rpm、800rpm，2500rpm。静电纺丝结束后，在去离子水中将不同转速下接收的聚氨酯纤维薄膜从铝箔上剥离，转移至聚四氟乙烯板上真空干燥，设置干燥温度为50℃，干燥时间为4小时。

图1为实施例1中通过调整静电纺丝工艺参数制备的聚氨酯纤维薄膜的扫描电镜图片，通过改变接收装置的转速，可有效调整聚氨酯纤维的取向。其中，当接收装置转速为100rpm时，聚氨酯纤维整体呈现为无序；当接收装置转速为800rpm时，聚氨酯纤维整体呈现为有序交叉；当接收装置转速为2500rpm时，聚氨酯纤维整体呈现为定向有序；图2为实施例1制备的不同聚氨酯纤维薄膜的拉伸曲线，不同取向的聚氨酯纤维膜的延伸率与拉伸模量表现出明显不同。当定向有序的聚氨酯纤维薄膜沿不同方向拉伸时，机械性能呈现显著的差异，其中，垂直于纤维方向(2500rpm-1)拉伸时，定性有序的聚氨酯纤维薄膜表现为高的延伸率(＞1800％)与低的拉伸模量(0.2-0.5MPa)；沿着纤维方向(2500rpm-2)拉伸时，定性有序的聚氨酯纤维薄膜表现为优良的延伸率(＞500％)与高的拉伸模量(15-20MPa)，聚氨酯纤维薄膜可调的机械性能为抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列的设计与构建奠定了基础。

具体实施例2：

本征可拉伸压力传感阵列的制备过程如下：

(1)称量2.0g聚氨酯、3.2g二甲基甲酰胺、4.8g四氢呋喃于玻璃瓶中，放入磁子搅拌溶解，溶解过程中转速为500rpm，加热温度为60℃，磁力搅拌时间为6小时，搅拌结束后将聚氨酯溶液静置2小时去除内部气泡。

(2)通过静电纺丝工艺制备本征可拉伸压力传感阵列的材料。在静电纺丝过程中，设置电纺电压为20kV，给料量为0.6ml/h，设置接收装置的转速为100rpm，静电纺丝时间为8小时。静电纺丝结束后，在去离子水中将聚氨酯纤维膜从铝箔上剥离，转移至聚四氟乙烯板上真空干燥，设置干燥温度为50℃，干燥时间为4小时。之后将聚氨酯纤维膜从聚四氟乙烯板上剥离，用作本征可拉伸压力传感阵列的上封装层、柔性基底与图案化电极的基底材料。

(3)将基底材料浸泡于碳纳米管水性分散液中，超声2小时，随后将复合材料平铺于聚四氟乙烯板上，真空干燥6小时，设置干燥温度为50℃，剥离得到可拉伸导电材料。进一步通过激光切割工艺制备图案化电极，其中切割功率20W，切割速度为280mm/s，切割后的电极为方形，尺寸为0.8cm×0.8cm。

(4)设计本征可拉伸压力传感阵列的整体尺寸为8cm×8cm，像素点为6×6，将上封装层、图案化电极与柔性基底依次垂直叠层排列后，采用热压工艺一次成型。其中，热压工艺温度为60℃，加载压力为8MPa，加载时间60s。最后制备得本征可拉伸压力传感阵列。

图3a、b为实施例2制备的本征可拉伸压力传感阵列拉伸前后的照片，该器件结构中由于上封装、图案化电极与柔性基低的拉伸模量相近，在拉伸过程中，拉伸应变在整个器件内部呈均匀分布，因此传感区域产生了明显的拉伸变形。图4a、b为实施例2制备的本征可拉伸压力传感阵列分别在0、60％拉伸应变下对法向压力分布的映射，传感信号强度在拉伸前后产生了明显的波动，因此，本征可拉伸压力传感阵列在拉伸应变下并不具备稳定的感知能力。

具体实施例3：

本实施例提供一种沿单一方向拉伸时抗拉伸应变干扰的本征可拉伸压力传感阵列的制备方法，其制备过程如下：

(1)称量2.0g聚氨酯、3.2g二甲基甲酰胺、4.8g四氢呋喃于玻璃瓶中，放入磁子搅拌溶解，溶解过程中转速为500rpm，加热温度为60℃，磁力搅拌时间为6小时，搅拌结束后将聚氨酯溶液静置2小时去除内部气泡。

(2)通过静电纺丝工艺制备抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列的材料。在静电纺丝过程中，设置电纺电压为20kV，给料量为0.6ml/h，设置接收装置的转速为2500rpm，静电纺丝时间为8小时。静电纺丝结束后，在去离子水中将聚氨酯纤维膜从铝箔上剥离，转移至聚四氟乙烯板上真空干燥，设置干燥温度为50℃，干燥时间为4小时。之后将聚氨酯纤维膜从聚四氟乙烯板上剥离，用作抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列的上封装层、柔性基底与图案化电极的基底材料。

(3)将基底材料浸泡于碳纳米管水性分散液中，超声2小时，随后将复合材料平铺于聚四氟乙烯板上，真空干燥6小时，设置干燥温度为50℃，剥离得到可拉伸导电材料。进一步通过激光切割工艺制备图案化电极，其中切割功率20W，切割速度为280mm/s，切割后的电极为方形，尺寸为0.8cm×0.8cm。

(4)设计本征可拉伸压力传感阵列的整体尺寸为8cm×8cm，像素点为6×6。将上封装层、图案化电极与柔性基底依次垂直叠层排列后，采用热压工艺一次成型。其中，热压工艺温度为60℃，加载压力为8MPa，加载时间60s。最后制备得沿单一方向拉伸时抗拉伸应变干扰的本征可拉伸压力传感阵列。

由图2可知，沿着纤维方向与垂直于纤维方向拉伸时的拉伸模量比超过30。在这里，通过调整聚氨酯纤维的取向调节上封装层、图案化电极与柔性基底的拉伸模量。图5为实施例3制备的抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列的结构示意图，其中，上封装层、柔性基底中聚氨酯纤维方向与拉伸方向垂直，其拉伸模量为0.45MPa；图案化电极中聚氨酯纤维的方向与拉伸方向一致，其拉伸模量为15.5MPa。经热压工艺处理后，各层之间形成了牢固的界面结合。与图案化电极牢固结合的上封装层、柔性基底形成传感区域，整体表现为高的拉伸模量，传感区域之间的区域仍表现为较低的拉伸模量。

图6a、b为实施例3制备的抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列拉伸前后的照片，该器件结构中由于模量异质结构的设计，应变在整个器件面内发生了重新分布。阵列在沿特定的方向施加拉伸应变时，器件的拉伸变形主要发生在传感阵列之间的低模量区域，而高模量的传感区域并未产生明显的几何形变。图7a、b为实施例3制备的抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列分别在0、60％拉伸应变下对法向压力分布的映射，传感信号强度在拉伸前后未产生明显的波动，因此，抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列在拉伸变形下具备稳定的感知能力。

具体实施例4：

本实施例提供一种沿任意方向拉伸时抗拉伸应变干扰的本征可拉伸压力传感阵列的制备方法，其制备过程如下：

(1)称量2.0g聚氨酯、3.2g二甲基甲酰胺、4.8g四氢呋喃于玻璃瓶中，放入磁子搅拌溶解，溶解过程中转速为500rpm，加热温度为60℃，磁力搅拌时间为6小时，搅拌结束后将聚氨酯溶液静置2小时去除内部气泡。

(2)通过静电纺丝工艺制备抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列的上封装层与柔性基底。在静电纺丝过程中，设置电纺电压为20kV，给料量为0.6ml/h，设置接收装置的转速为100rpm，静电纺丝时间为5小时。静电纺丝结束后，在去离子水中将聚氨酯纤维膜从铝箔上剥离，转移至聚四氟乙烯板上真空干燥，设置干燥温度为50℃，干燥时间为4小时。之后将聚氨酯纤维膜从聚四氟乙烯板上剥离，用作抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列的上封装层与柔性基底。

(3)通过静电纺丝工艺制备抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列的图案化电极基底材料。在静电纺丝过程中，设置电纺电压为20kV，给料量为0.6ml/h，设置接收装置的转速为800rpm，静电纺丝时间为5小时。静电纺丝结束后，在去离子水中将聚氨酯纤维膜从铝箔上剥离，转移至聚四氟乙烯板上真空干燥，设置干燥温度为50℃，干燥时间为4小时。之后将聚氨酯纤维膜从聚四氟乙烯板上剥离，用作抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列的图案化电极基底材料。

(4)将基底材料浸泡于碳纳米管水性分散液中，超声2小时，随后将复合材料平铺于聚四氟乙烯板上，真空干燥6小时，设置干燥温度为50℃，剥离得到可拉伸导电材料。通过激光切割工艺制备图案化电极，其中切割功率20W，切割速度为280mm/s，切割后的电极为圆形，直径为0.8cm。进一步将两层电极叠层，其中上层电极相较于底层电极旋转90°。

(5)设计本征可拉伸压力传感阵列的整体尺寸为8cm×8cm，像素点为6×6。将上封装层、两层电极与柔性基底依次垂直叠层排列后，采用热压工艺一次成型。其中，热压工艺温度为60℃，加载压力为8MPa，加载时间60s。最后制备得沿任意方向拉伸时抗拉伸应变干扰的本征可拉伸压力传感阵列。

在本实施例中，通过减少纺丝时间减小上封装层与柔性基底的厚度，从而降低上封装层与柔性基底的拉伸模量；将两层电极正交叠层排列后，不仅通过增大电极厚度增加电极的拉伸模量，而且电极沿任意方向拉伸时均存在与拉伸方向较一致的纤维取向，进一部提升了电极的拉伸模量。因此，经热压工艺处理后，各层之间形成了牢固的界面结合。与图案化电极牢固结合的上封装层、柔性基底形成传感区域，整体表现为高的拉伸模量，传感区域之间的区域仍表现为较低的拉伸模量。由于模量异质结构的设计，应变在整个器件面内同样会发生重新分布。阵列在沿平面内任意方向拉伸时，器件的拉伸变形主要发生在传感阵列之间的低模量区域，而高模量的传感区域并未产生明显的几何形变，因此维持了传感区域物理特性的稳定，使本征可拉伸压力传感阵列沿平面内任意方向拉伸时都具备优良的抗拉伸应变干扰能力。

本发明中图1-7中，对应英文单词含义如下：

Tension:张力；tensile strain：拉伸应变；Row：行；column：列；current：电流；Tensilie direction：张力方向；low modulus region:低模量区域；high modulusregion：高模量区域；releasing：松弛状态；60％tensile strain：拉伸60％

以上对本申请实施例所提供的一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列及其制备方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，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商品或者系统不仅包括那些要素，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商品或者系统所固有的要素。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商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (6)

1.一种抗应变干扰型本征可拉伸压力传感阵列的制备方法，其特征在于，所述制备方法制备的本征可拉伸压力传感阵列包括：由上到下依次固定排列的上封装层、图案化电极和柔性基底，所述上封装层与柔性基底为同质低拉伸模量的可拉伸材料，所述图案化电极为高拉伸模量的可拉伸导电材料；所述上封装层与柔性基底材料的拉伸模量为0.2-0.5MPa，厚度为20-50 μm；所述图案化电极的拉伸模量为15-20 MPa，厚度为50-100 μm；所述高拉伸模量的图案化电极与低拉伸模量的上封装层、柔性基底之间的拉伸模量比大于30，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一：分别配置可拉伸材料的均匀分散液和低维导电材料的均匀分散液；

步骤二：将可拉伸材料的均匀分散液通过化学改性或结构设计的方式制备不同拉伸模量的薄膜，其中，低拉伸模量的薄膜用作压力传感阵列的上封装层与柔性基底，通过浸涂工艺将高拉伸模量的薄膜与低维导电材料的复合制备可拉伸导电材料，进一步激光切割制备得图案化电极；

步骤三：按照预设的器件形状与尺寸，将上封装层、图案化电极与柔性基底依次垂直叠层排列后，采用热压工艺一次成型，获得本征可拉伸压力传感阵列。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中可拉伸材料的均匀分散液中包括高分子材料和分散溶剂，其中高分子材料包括但不限于聚氨酯、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷和硅橡胶，分散溶剂为二甲基甲酰胺、四氢呋喃和丙酮中的任一种或两种及以上组合，分散液浓度为15%wt -30%wt。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中低维导电材料的均匀分散液包括低维导电材料和分散溶剂，其中，低维导电材料包括但不限于碳纳米管、石墨烯、二维层状过渡金属碳化物或碳氮化物和金属纳米线或纳米颗粒，分散溶剂为无水乙醇和去离子水中的任意一种，分散液浓度为0.1%wt -3%wt。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中薄膜拉伸模量的调控通过改变聚合物的交联密度或设计各向异性有序结构任意一种方式实现。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三中热压工艺的温度为40-80 ℃，加载压力为6-10 MPa，加载时间60-80 s。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三中制备的本征可拉伸压力传感阵列形成了面内的周期性模量差异化结构，在拉伸过程中，器件的面内应变产生重新分布，使器件的拉伸变形主要发生在传感阵列之间的低模量区域，高模量的传感区域未产生明显的几何形变，从而维持了传感区域物理特性的稳定，压力传感阵列可独立于拉伸应变的干扰准确检测法向压力，其中压力传感阵列的最大延伸率达100%，应变非敏感度小于5%。

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