CN114812879A - 一种具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器及其制备方法，属于柔性压力传感器技术领域。解决了现有技术中压阻式柔性压力传感器的线性范围提升受阻的技术问题。本发明的具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器，包括弹性体薄膜，沉积在弹性体薄膜具有表面微结构一侧上的第一导电层，沉积在第一导电层上的第二导电层，以及覆盖在第二导电层上的导电电极。本发明在具有表面微结构的弹性体薄膜表面沉积两层具有不同的导电物质含量的导电层，通过调节第一导电层与第二导电层之间的厚度比，或第二导电层中第一导电物质的含量，即可实现对传感器线性范围的调节，构建了具有超宽线性范围的柔性压力传感器。

Description

一种具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器及其制备 方法

技术领域

本发明属于柔性压力传感器技术领域，具体涉及一种具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

随着机器人技术的发展，面对越来越多的特殊信号和特殊环境，对各种传感提出更高的要求，同时希望传感器还能够具有透明、柔韧、延展、可自由弯曲，甚至折叠、便于携带、可穿戴等特点。

柔性压力传感器具有出色的机械和电气特性，例如高灵活性，高灵敏度，高分辨率和快速响应等，在人机交互、医疗健康、机器人触觉等应用领域具有比刚性传感器更大的优势。根据柔性压力传感器的工作机制，可以将其大致分为以下几类：压阻式、电容式、压电式和其它类型的压力传感器。

其中，压阻式柔性传感器因其结构和制备方法简单、灵敏度高、检测范围广、信号易读取、能量消耗低等特点得到了人们的广泛关注。压阻式柔性压力传感器是基于压阻效应的传感器，在外力作用下活性材料会变形，并间接改变内部导电材料的分布和接触状态，从而导致活性材料的电阻有规律变化。压阻式柔性压力传感器一般由具有表面微结构(如金字塔阵列、半球阵列、褶皱结构、仿荷叶结构、无规微结构等)的聚合物薄膜与沉积在薄膜表面的导电层材料(如碳纳米管、石墨烯、导电纳米颗粒、导电聚合物以及复合材料等)以及导电电极组成。

除表面微结构外，导电层同样会对传感器的线性范围与灵敏度等器件性能造成影响。对压阻式柔性压力传感器而言，电阻大致可分为两个部分，即导电层与导电电极之间的接触电阻以及传感器本身主要由导电层电阻构成的体电阻。在具有表面微结构的传感器中，随着压力增大，导电层与导电电极之间的接触面积逐渐增大，接触电阻逐渐减小，但传感器本身的体电阻几乎不变，这就使得当外加压力较大时，接触电阻接近甚至小于体电阻，从而使总电阻随压力变化受阻，这对传感器线性范围的提升造成了阻碍(Adv.Mater.Technol.，2019，1900679)。因此对传感器的导电层结构进行优化，调节传感器体电阻与接触电阻之间的关系，实现传感器的宽线性范围，会有力地推进柔性压力传感器在人机交互、健康监测等领域的进一步发展。

发明内容

有鉴于此，本发明为解决现有技术中压阻式柔性压力传感器的线性范围提升受阻的技术问题，提供一种具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器及其制备方法。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。

本发明的具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器，包括弹性体薄膜，沉积在弹性体薄膜具有表面微结构一侧上的第一导电层，沉积在第一导电层上的第二导电层，以及覆盖在第二导电层的上的导电电极；

所述第一导电层经导电液A喷涂、加热制备，导电液A为含有第一导电物质、热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)、氨基硅烷偶联剂和去离子水的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，第一导电物质、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、氨基硅烷偶联剂、去离子水的质量比为1:1:(0.25-1):(0.25-1)；

所述第二导电层经导电液B喷涂制备，导电液B为含有第一导电物质和热塑性聚氨酯弹性体橡胶的N，N-二甲基甲酰胺，第一导电物质的质量为第一导电物质和热塑性聚氨酯弹性体橡胶总质量的0.1％-10％；

所述导电电极为沉积有第二导电物质的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚酰亚胺(PI)薄膜，导电电极沉积有第二导电物质的一侧覆盖在第二导电层上。

进一步的，所述导电电极沉积有第二导电物质的一侧上沉积有第一导电层，对该第一导电层标刻后，覆盖在弹性体薄膜沉积有第二导电层的一侧上；

或者，导电电极沉积有第二导电物质的一侧上沉积有第二导电层，对该第二导电层标刻后，覆盖在弹性体薄膜沉积有第二导电层的一侧上；

或者，导电电极沉积有第二导电物质的一侧上依次沉积有第一导电层和第二导电层，对该第一导电层和第二导电层标刻后，覆盖在弹性体薄膜沉积有第二导电层的一侧上。

优选的是，所述弹性体薄膜的材料为硅橡胶、环氧树脂或聚氨酯。

优选的是，所述表面微结构为金字塔阵列、半球阵列、褶皱结构、仿荷叶结构、无规微结构中的一种或多种的组合。

优选的是，所述微结构的尺寸分别独立的为1μm-500μm。

优选的是，所述导电液A中，第一导电物质的浓度为0.5-2mg/ml。

优选的是，所述第一导电物质为碳纳米管、炭黑中的一种或两种按任意比例的混合；更优选的是，碳纳米管为多壁碳纳米管(CNTs)。

优选的是，所述热塑性聚氨酯弹性体橡胶为巴斯夫的L1275A、巴斯夫1080A、中国台湾日胜的BTE-75A中的一种或多种按任意比例的混合。

优选的是，所述氨基硅烷偶联剂为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种按任意比例的混合。

优选的是，所述第一导电层与第二导电层的厚度比为1:(1-4)。

优选的是，所述第二导电物质为银、铜、导电复合材料中的一种或多种按任意比例的混合。

优选的是，所述加热温度为70-80℃，加热时间为10-24h。

优选的是，所述导电液A和导电液B的制备方法为：

1a)将热塑性聚氨酯弹性体橡胶溶于N，N-二甲基甲酰胺中，得到热塑性聚氨酯弹性体橡胶浓度为40-100mg/ml的溶液A；

1b)按第一导电物质与热塑性聚氨酯弹性体橡胶的质量比为1:1，将第一导电物质与溶液A混合均匀，得到的混合液与N，N-二甲基甲酰胺混合均匀，得到第一导电物质的浓度为0.5-2mg/ml的溶液B，超声分散，得到分散液；

1c)按第一导电物质、氨基硅烷偶联剂、去离子水的质量比为1:(0.25-1): (0.25-1)取分散液、氨基硅烷偶联剂和去离子水混合均匀，得导电液A；

1d)按第一导电物质的质量为第一导电物质和热塑性聚氨酯弹性体橡胶总质量的0.1％-10％取分散液与溶液A混合均匀，得到导电液B。

更优选的是，所述1a)中，将热塑性聚氨酯弹性体橡胶加入N，N-二甲基甲酰胺中，加热溶解，得到溶液A；所述1b)中，超声分散的功率为19.6kHz，时间为1-3h；所述1c)和1d)中，混合均匀的方式为震荡均匀。

本发明还提供上述具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器的制备方法，步骤如下：

步骤一、制备导电液A和导电液B；

步骤二、将导电液A喷涂在弹性体薄膜具有表面微结构一侧的表面上，加热，形成第一导电层；

步骤三、将导电液B喷涂在第一导电层的表面上，形成第二导电层；

步骤四、将导电电极具有第二导电物质的一侧覆盖在第二导电层上，得到具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器。

本发明还提供上述具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器的制备方法，步骤如下：

步骤一、制备导电液A和导电液B；

步骤二、将导电液A喷涂在弹性体薄膜具有表面微结构一侧的表面上，加热，得到第一导电层，并将导电液B喷涂在该第一导电层的表面上，得到第二导电层；

步骤三、将导电液A喷涂在导电电极沉积有第二导电物质的一侧上，得到沉积有第一导电层的导电电极，对该第一导电层标刻后，覆盖在弹性体薄膜沉积有第二导电层的一侧上，得到具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器；

或者将导电液B喷涂在导电电极沉积有第二导电物质的一侧上，得到沉积有第二导电层的导电电极，对该第二导电层标刻后，覆盖在弹性体薄膜沉积有第二导电层的一侧上，得到具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器；

或者将导电液A喷涂在导电电极沉积有第二导电物质的一侧上，形成第一导电层，并将导电液B喷涂在该第一导电层的表面上，得到沉积有第一导电层和第二导电层的导电电极，对该第一导电层和第二导电层标刻后，覆盖在弹性体薄膜沉积有第二导电层的一侧上，得到具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器。

优选的是，所述第一导电层的喷涂厚度为1-3μm。

优选的是，所述第二导电层的喷涂厚度为1-12μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明通过在具有表面微结构的弹性体薄膜表面沉积两层具有不同的导电物质含量的导电层，构建了具有超宽线性范围的柔性压力传感器。

2.本发明仅通过调节第一导电层与第二导电层之间的厚度比，或第二导电层中第一导电物质的含量，即可实现对传感器线性范围的调节。

3.本发明使用喷涂法进行第一导电层与第二导电层的沉积，制备工艺较为简单，且使用材料较为廉价易得，有望应用于大规模制备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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为本发明的具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例1-5与对比例1中的导电电极及柔性压力传感器的结构示意图；其中，a为未喷涂的导电电极；b喷涂并进行激光刻蚀后的导电电极； c柔性压力传感器；

图3为本发明实施例6与对比例2中的导电电极及柔性压力传感器的结构示意图；其中，a导电电极；b柔性压力传感器；

图4为本发明实施例1-6与对比例1-2中使用的弹性体薄膜的表面微结构的 SEM图像；

图5为本发明实施例1中传感器压力-电流变化曲线；

图6为本发明实施例2中传感器压力-电流变化曲线；

图7为本发明实施例3中传感器压力-电流变化曲线；

图8为本发明实施例4中传感器压力-电流变化曲线；

图9为本发明实施例5中传感器压力-电流变化曲线；

图10为本发明实施例6中传感器压力-电流变化曲线；

图11为本发明对比例1中传感器压力-电流变化曲线；

图12为本发明对比例2中传感器压力-电流变化曲线；

图中，1为弹性体薄膜，2为第一导电层，3为第二导电层，4为导电电极，4-1为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，4-2为第二导电物质。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

如图1所示，本发明的具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器，包括弹性体薄膜1，沉积在弹性体薄膜具有表面微结构一侧上的第一导电层2，沉积在第一导电层2上的第二导电层3，以及覆盖在第二导电层3上的导电电极4。

其中，第一导电层2经导电液A喷涂、加热制备，导电液A为含有第一导电物质、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、氨基硅烷偶联剂和去离子水的N，N-二甲基甲酰胺，第一导电物质、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、氨基硅烷偶联剂、去离子水的质量比为1:1:(0.25-1):(0.25-1)；

第二导电层3经导电液B喷涂制备，导电液B为含有第一导电物质和热塑性聚氨酯弹性体橡胶的N，N-二甲基甲酰胺，第一导电物质的质量为第一导电物质和热塑性聚氨酯弹性体橡胶总质量的0.1％-10％；

导电电极4为沉积有第二导电物质4-2的PET薄膜4-1或PI薄膜，导电电极4沉积有第二导电物质4-2的一侧覆盖在第二导电层3上。

上述技术方案中，导电电极4沉积有第二导电物质4-2的一侧上沉积有第一导电层2，对该第一导电层2标刻后，覆盖在弹性体薄膜1沉积有第二导电层3 的一侧上；

或者，导电电极4沉积有第二导电物质4-2的一侧上沉积有第二导电层3，对该第二导电层3标刻后，覆盖在弹性体薄膜1沉积有第二导电层3的一侧上；

或者，导电电极4沉积有第二导电物质4-2的一侧上依次沉积有第一导电层 2和第二导电层3，对该第一导电层2和第二导电层3标刻后，覆盖在弹性体薄膜1沉积有第二导电层3的一侧上。

上述技术方案中，弹性体薄膜1的材料为硅橡胶、环氧树脂或聚氨酯，表面微结构为金字塔阵列、半球阵列、褶皱结构、仿荷叶结构、无规微结构中的一种或多种的组合。微结构的尺寸分别独立的为1μm-500μm。

上述技术方案中，第一导电物质没有特殊限制，只要是能够溶解于N，N- 二甲基甲酰胺的导电物质即可，优选为碳纳米管、炭黑中的一种或两种按任意比例的混合，尤其优选为多壁碳纳米管(CNTs)。导电液A中，第一导电物质的浓度为0.5-2mg/ml，导电液B中，第一导电物质的浓度没有特殊限制。

上述技术方案中，热塑性聚氨酯弹性体橡胶没有特殊限制，只要是能够溶解于N，N-二甲基甲酰胺的热塑性聚氨酯弹性体橡胶即可，优选为巴斯夫的 L1275A、巴斯夫1080A、中国台湾日胜的BTE-75A中的一种或多种按任意比例的混合。

上述技术方案中，氨基硅烷偶联剂优选为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种按任意比例的混合。

上述技术方案中，第一导电层2与第二导电层3的厚度比为1:(1-4)，通过调节第一导电层2与第二导电层3之间的厚度比，或调节导电液B中第一导电物质的含量，即可实现对传感器线性范围的调节。

上述技术方案中，第二导电物质4-2为银、铜、导电复合材料中的一种或多种。

上述技术方案中，加热温度为70-80℃，加热时间为10-24h。

上述技术方案中，导电液A和导电液B的制备方法为；

1a)将热塑性聚氨酯弹性体橡胶溶于N，N-二甲基甲酰胺中，得到热塑性聚氨酯弹性体橡胶浓度为40-100mg/ml的溶液A；

1b)按第一导电物质与热塑性聚氨酯弹性体橡胶的质量比为1:1，将第一导电物质与溶液A混合均匀，得到的混合液与N，N-二甲基甲酰胺混合均匀，得到第一导电物质的浓度为0.5-2mg/ml的溶液B，超声分散，得到分散液；

1c)按第一导电物质、氨基硅烷偶联剂、去离子水的质量比为1:(0.25-1): (0.25-1)取分散液、氨基硅烷偶联剂和去离子水混合均匀，得导电液A；

1d)按第一导电物质的质量为第一导电物质和热塑性聚氨酯弹性体橡胶总质量的0.1％-10％取分散液与溶液A混合均匀，得到导电液B。

本发明的一种结构的具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器的制备方法，步骤如下：

步骤一、制备导电液A和导电液B；

步骤二、将导电液A喷涂在弹性体薄膜1具有表面微结构一侧的表面上，加热，得到第一导电层2；

步骤三、将导电液B喷涂在第一导电层2的表面上，得到第二导电层3；

步骤四、将导电电极4具有第二导电物质的一侧覆盖在第二导电层3的表面上，得到具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器。

本发明的另一种结构的具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器的制备方法，步骤如下：

步骤一、制备导电液A和导电液B；

步骤二、将导电液A喷涂在弹性体薄膜1具有表面微结构一侧的表面上，加热，形成第一导电层2，并将导电液B喷涂在该第一导电层2的表面上，形成第二导电层3；

步骤三、将导电液A喷涂在导电电极4沉积有第二导电物质4-2的一侧上，得到沉积有第一导电层2的导电电极4，对该第一导电层2标刻后，覆盖在弹性体薄膜1沉积有第二导电层3的一侧上，得到具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器；

或者将导电液B喷涂在导电电极4沉积有第二导电物质4-2的一侧上，得到沉积有第二导电层3的导电电极4，对该第二导电层3标刻后，覆盖在弹性体薄膜1沉积有第二导电层3的一侧上，得到具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器；

或者将导电液A喷涂在导电电极4沉积有第二导电物质4-2的一侧上，形成第一导电层2，并将导电液B喷涂在该第一导电层2的表面上，得到沉积有第一导电层2和第二导电层3的导电电极4，对该第一导电层2和第二导电层3标刻后，覆盖在弹性体薄膜1沉积有第二导电层3的一侧上，得到具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器。

上述技术方案中，第一导电层2的喷涂厚度优选为1-3μm；第二导电层3 的喷涂厚度优选为1-12μm。

在本发明中所使用的术语，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义，除非另有说明。为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合实施例对本发明作进一步的详细介绍。

在以下实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂、装置、仪器、设备等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

以下结合实施例进一步说明本发明。

实施例1

步骤一、称取适量TPU(巴斯夫L1275A)，加入DMF，加热溶解，配制成 TPU浓度为100mg/ml的溶液A。

步骤二、按CNTs(先丰纳米XFM34)与TPU的质量比为1:1，取CNTs与溶液A混合均匀，然后加入适量DMF，配制成CNTs浓度为2mg/ml的溶液B，超声分散，超声分散的功率为19.6kHz，时间为3h，得到分散液。

步骤三、按CNTs、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、去离子水的质量比为1:1:1 取分散液、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和去离子水震荡混合均匀，得导电液A；

步骤四、将导电液A喷涂在具有表面微结构的弹性体薄膜1(PDMS，微结构尺寸1μm-500μm，如图4所示)上，喷涂厚度为2μm，80℃下加热12h，得到第一导电层2；

步骤五、按CNTs质量占TPU与CNTs总质量的2％取分散液和溶液A震荡混合均匀，得到导电液B；

步骤六、将导电液B喷涂在第一导电层2的表面上，得到第二导电层3，第一导电层2与第二导电层3的厚度比为1:2.5；

步骤七、取如图2中a所示未喷涂的导电电极4(镀银PET薄膜)，在其表面喷涂导电液A，喷涂厚度为2μm，80℃下加热12h，得到沉积在导电电极4上的第一导电层2，在第一导电层2上喷涂第二导电层3(该第一导电层2与第二导电层3的厚度比为1:2.5)，通过激光打标机设计导电电极4的图案，随后进行标刻，最后得到如图2中b所示的导电电极4，导电电极4中间缝隙d为100μm，将弹性体薄膜1带有第二导电层3的一侧覆盖在导电电极4上，制成如图2中c 所示柔性压力传感器。

使用数字源表测量单元(SMU)在导电电极4引脚处施加1V的电压，测量柔性压力传感器在不同压力下电流的大小以及电流的变化规律，可以得到柔性压力传感器件的压力-电流变化曲线，如图5所示。经检测，该传感器线性范围为 0-278kPa，且线性度良好。

实施例2

将第一导电层2与第二导电层3的厚度比调整为1:3，其余步骤同实施例1。

使用数字源表测量单元(SMU)在导电电极4引脚处施加1V的电压，测量柔性压力传感器在不同压力下电流的大小以及电流的变化规律，可以得到柔性压力传感器件的压力-电流变化曲线，如图6所示。经检测，该传感器线性范围为 0-972kPa，且线性度良好。

实施例3

将第一导电层2与第二导电层3的厚度比调整为1:3.5，其余步骤同实施例 1。

使用数字源表测量单元(SMU)在导电电极4引脚处施加1V的电压，测量柔性压力传感器在不同压力下电流的大小以及电流的变化规律，可以得到柔性压力传感器件的压力-电流变化曲线，如图7所示。经检测，该传感器线性范围为 0-1389kPa，且线性度良好。

实施例4

将导电液B中CNTs质量占TPU与CNTs总质量比改为0.1％，其余步骤同实施例2。

使用通过数字源表测量单元(SMU)在导电电极4引脚处施加20V的电压，测量柔性压力传感器在不同压力下电流的大小以及电流的变化规律，可以得到柔性压力传感器件的压力-电流变化曲线，如图8所示。经检测，该传感器线性范围为0-590kPa，且线性度良好。

实施例5

将导电液B中CNTs质量占TPU与CNTs总质量比改为10％，其余步骤同实施例2。

使用通过数字源表测量单元(SMU)在导电电极4引脚处施加20V的电压，测量柔性压力传感器在不同压力下电流的大小以及电流的变化规律，可以得到柔性压力传感器件的压力-电流变化曲线，如图9所示。经检测，该传感器线性范围为0-69kPa，且线性度欠佳。

实施例6

步骤一、称取适量TPU(中国台湾日胜BTE-75A)，加入DMF，加热溶解，配制成TPU浓度为100mg/ml的溶液A。

步骤二、按照CNTs(先丰纳米XFM28)与TPU的质量比为1:1，取CNTs 与溶液A混合均匀，然后加入适量DMF，配制成CNTs浓度为2mg/ml的溶液B，超声分散，超声分散的功率为19.6kHz，时间为3h，得到分散液。

步骤三、按CNTs、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、去离子水的质量比为1:1:1 取分散液、3-氨基丙基三甲氧基硅烷和去离子水震荡混合均匀，得导电液A；

步骤四、将导电液A喷涂在具有表面微结构的弹性体薄膜1(PDMS，微结构尺寸1μm-500μm，如图4所示)上，喷涂厚度为2μm，80℃下加热10h，得到第一导电层2；

步骤五、按CNTs质量占TPU与CNTs总质量的2％取分散液和溶液A震荡混合均匀，得到导电液B；

步骤六、将导电液B喷涂在第一导电层2的表面上，得到第二导电层3，第一导电层2与第二导电层3的厚度比为1:2.5；

步骤七、通过激光打标机设计导电电极4的图案，随后进行标刻，最后得到如图3中a所示的导电电极4，导电电极4叉指宽度为6mm，将弹性体薄膜1 带有第二导电层3的一侧覆盖在导电电极4上，制成如图3中b所示柔性压力传感器。

使用通过数字源表测量单元(SMU)在导电电极4引脚处施加1V的电压，测量柔性压力传感器在不同压力下电流的大小以及电流的变化规律，可以得到柔性压力传感器件的压力-电流变化曲线，结果如图10所示，经检测，该传感器线性范围为0-660kPa，且线性度良好。

对比例1

不喷涂第二导电层3，其余操作同实施例1。

使用通过数字源表测量单元(SMU)在导电电极4引脚处施加1V的电压，测量柔性压力传感器在不同压力下电流的大小以及电流的变化规律，可以得到柔性压力传感器件的压力-电流变化曲线，如图11所示。经检测，该传感器线性范围为0-14kPa，且线性度欠佳。

对比例2

不喷涂第二导电层3，其余操作同实施例6。

使用通过数字源表测量单元(SMU)在导电电极4引脚处施加1V的电压，测量柔性压力传感器在不同压力下电流的大小以及电流的变化规律，可以得到柔性压力传感器件的压力-电流变化曲线，如图12所示。经检测，该传感器线性范围为0-14kPa，但线性度良好。

上述实施例与对比例中，实施例1-5与对比例1采用相似的传感器结构，对比例1中传感器仅不喷涂第二导电层3。由图5、图6、图7、图8、图9、图11 可知，本发明的双层导电层结构显著的提升了传感器的线性范围，且本发明通过调节两层导电层的厚度比或导电液B中CNTs的含量，即可实现对于传感器线性范围的调节。实施例6与对比例2采用相似的传感器结构，对比例2中传感器仅不喷涂第二导电层3。由图10与图12可知，双层导电层结构显著的提升了传感器的线性范围。

显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施例的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器，其特征在于，包括弹性体薄膜，沉积在弹性体薄膜具有表面微结构一侧上的第一导电层，沉积在第一导电层上的第二导电层，以及覆盖在第二导电层上的导电电极；

所述第一导电层经导电液A喷涂、加热制备，导电液A为含有第一导电物质、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、氨基硅烷偶联剂和去离子水的N，N-二甲基甲酰胺，第一导电物质、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、氨基硅烷偶联剂、去离子水的质量比为1:1:(0.25-1):(0.25-1)；

所述第二导电层经导电液B喷涂制备，导电液B为含有第一导电物质和热塑性聚氨酯弹性体橡胶的N，N-二甲基甲酰胺，第一导电物质的质量为第一导电物质和热塑性聚氨酯弹性体橡胶总质量的0.1％-10％；

所述导电电极为沉积有第二导电物质的聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺薄膜，导电电极沉积有第二导电物质的一侧覆盖在弹性体薄膜沉积有第二导电层的一侧上。

2.根据权利要求1所述的具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器，其特征在于，所述导电电极沉积有第二导电物质的一侧上沉积有第一导电层，对该第一导电层标刻后，覆盖在弹性体薄膜沉积有第二导电层的一侧上；

或者，导电电极沉积有第二导电物质的一侧上沉积有第二导电层，对该第二导电层标刻后，覆盖在弹性体薄膜沉积有第二导电层的一侧上；

或者，导电电极沉积有第二导电物质的一侧上依次沉积有第一导电层和第二导电层，对该第一导电层和第二导电层标刻后，覆盖在弹性体薄膜沉积有第二导电层的一侧上。

3.根据权利要求1或2所述的具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器，其特征在于，

所述弹性体薄膜的材料为硅橡胶、环氧树脂或聚氨酯，表面微结构为金字塔阵列、半球阵列、褶皱结构、仿荷叶结构、无规微结构中的一种或多种的组合，微结构的尺寸分别独立的为1μm-500μm；

所述第一导电物质为碳纳米管、炭黑中的一种或两种按任意比例的混合；

所述热塑性聚氨酯弹性体橡胶为巴斯夫的L1275A、巴斯夫1080A、中国台湾日胜的BTE-75A中的一种或多种按任意比例的混合；

所述氨基硅烷偶联剂为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种按任意比例的混合；

所述第二导电物质为银、铜、导电复合材料中的一种或多种按任意比例的混合。

4.根据权利要求1或2所述的具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器，其特征在于，所述导电液A中，第一导电物质的浓度为0.5-2mg/ml。

5.根据权利要求1或2所述的具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器，其特征在于，所述第一导电层与第二导电层的厚度比为1:(1-4)。

6.根据权利要求1或2所述的具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器，其特征在于，所述加热温度为70-80℃，加热时间为10-24h。

7.根据权利要求1或2所述的具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器，其特征在于，所述导电液A和导电液B的制备方法为：

1a)将热塑性聚氨酯弹性体橡胶溶于N，N-二甲基甲酰胺中，得到热塑性聚氨酯弹性体橡胶浓度为40-100mg/ml的溶液A；

1b)按第一导电物质与热塑性聚氨酯弹性体橡胶的质量比为1:1，将第一导电物质与溶液A混合均匀，得到的混合液与N，N-二甲基甲酰胺混合均匀，得到第一导电物质的浓度为0.5-2mg/ml的溶液B，超声分散，得到分散液；

1c)按第一导电物质、氨基硅烷偶联剂、去离子水的质量比为1:(0.25-1):(0.25-1)取分散液、氨基硅烷偶联剂和去离子水混合均匀，得导电液A；

1d)按第一导电物质的质量为第一导电物质和热塑性聚氨酯弹性体橡胶总质量的0.1％-10％取分散液与溶液A混合均匀，得到导电液B。

8.权利要求1所述的具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一、制备导电液A和导电液B；

步骤二、将导电液A喷涂在弹性体薄膜具有表面微结构一侧的表面上，加热，形成第一导电层；

步骤三、将导电液B喷涂在第一导电层的表面上，形成第二导电层；

步骤四、将导电电极具有第二导电物质的一侧覆盖在弹性体薄膜沉积有第二导电层的一侧上，得到具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器。

9.权利要求2所述的具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一、制备导电液A和导电液B；

步骤二、将导电液A喷涂在弹性体薄膜具有表面微结构一侧的表面上，加热，得到第一导电层，并将导电液B喷涂在该第一导电层的表面上，得到第二导电层；

步骤三、将导电液A喷涂在导电电极沉积有第二导电物质的一侧上，得到沉积有第一导电层的导电电极，对该第一导电层标刻后，覆盖在弹性体薄膜沉积有第二导电层的一侧上，得到具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器；

或者将导电液B喷涂在导电电极沉积有第二导电物质的一侧上，得到沉积有第二导电层的导电电极，对该第二导电层标刻后，覆盖在弹性体薄膜沉积有第二导电层的一侧上，得到具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器；

或者将导电液A喷涂在导电电极沉积有第二导电物质的一侧上，形成第一导电层，并将导电液B喷涂在该第一导电层的表面上，得到沉积有第一导电层和第二导电层的导电电极，对该第一导电层和第二导电层标刻后，覆盖在弹性体薄膜沉积有第二导电层的一侧上，得到具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器。

10.根据权利要求8或9所述的具有超宽且可调线性范围的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述第一导电层的喷涂厚度为1-3μm；所述第二导电层的喷涂厚度为1-12μm。

Images