CN204833209U - 一种柔性传感器阵列 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及传感器技术领域，本实用新型提供一种柔性传感器阵列，包括柔性衬底、阵列电极、柔性敏感层和保护层；所述阵列电极设置于所述柔性衬底的表面，其中，所述阵列电极包括至少一个电极阵列；在所述阵列电极的表面设置有所述柔性敏感层；所述保护层设置于所述柔性敏感层的上方，且，所述保护层覆盖所述柔性敏感层和所述柔性衬底。本实用新型通过在柔性衬底和柔性敏感层之间设置包括至少一个电极阵列的阵列电极，每个电极阵列都能够独立采集压力数据，从而实现了同时采集多点压力数据的技术效果。本实用新型的传感器是一种实现仿人类皮肤感知功能的新型柔性电子传感器，对微压力的感知具有较高灵敏度。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种柔性传感器阵列。
背景技术
随着柔性电子学的发展，柔性传感技术已逐渐发展成为一项令人瞩目的高新智能交互技术，对实现柔性接触界面、曲面和不规则形状接触界面之间的接触交互作用力的感测，以及动态分布信息的感测具有至关重要的作用。基于此技术的柔性传感器阵列是测量多种柔性接触界面及超窄间隙接触界面之间接触压力大小及分布信息的理想器件，表现出了极大的应用前景。
而，传统的刚性或柔性较小的传感器难以准确感测上述接触界面之间的接触交互作用力及其动态分布信息，并且，传统的制备方法也难以达到此类新型柔性传感器阵列的制备精度和批量制备速度与低成本。
实用新型内容
本实用新型针对上述的不足，提供了一种柔性传感器阵列及其制备方法。
本实用新型实施例提供了一种柔性传感器阵列，包括柔性衬底、阵列电极、柔性敏感层和保护层；
所述阵列电极设置于所述柔性衬底的表面，其中，所述阵列电极包括至少一个电极阵列；
在所述阵列电极的表面设置有所述柔性敏感层；
所述保护层设置于所述柔性敏感层的上方，且，所述保护层覆盖所述柔性敏感层和所述柔性衬底。
优选的，还包括引线电极，其中，所述柔性衬底包括阵列区和引线区：
所述阵列电极设置于所述阵列区，所述引线电极设置于所述引线区，且，所述引线电极设置于所述柔性衬底的表面。
优选的，所述保护层覆盖所述柔性敏感层和位于所述阵列区的所述柔性衬底。
优选的，所述柔性衬底通过紫外压印具有第一图案。
优选的，所述阵列电极通过气溶胶喷墨方式印刷于所述柔性衬底的表面。
优选的，所述阵列电极通过无胶柔性印刷电路板方式设置于所述柔性衬底的表面。
优选的，所述电极阵列为金属薄膜电极阵列。
优选的，所述柔性衬底为乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺和聚乙烯中的一种。
优选的，所述柔性敏感层的材料为纳米材料。
优选的，所述保护层的材料为具有生物相容性的柔性高分子材料。
本实用新型实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
通过在柔性衬底和柔性敏感层之间设置包括至少一个电极阵列的阵列电极，每个电极阵列都能够独立采集压力数据，从而实现了同时采集多点压力数据的技术效果，并且，基于纳米材料的三维孔状结构可以保证柔性传感器阵列具有高灵敏度和信噪比，同时，本申请的柔性传感器阵列在工业生产上简单、方便，还可以实现高精度、大批量、低成本的制备。
附图说明
图1为本实用新型一种实施例中柔性传感器阵列的俯视图；
图2为本实用新型另一种实施例中柔性传感器阵列的俯视图。
图中标记为：1为电极阵列，2为保护层，3为柔性衬底，4为引线电极。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供一种柔性传感器阵列，如图1所示，所述柔性传感器阵列包括柔性衬底3、阵列电极、柔性敏感层和保护层2，阵列电极设置于柔性衬底3的表面，其中，阵列电极包括至少一个电极阵列1。在阵列电极的表面设置有柔性敏感层。保护层2设置于柔性敏感层的上方，且，保护层2覆盖所述柔性衬底3和柔性敏感层。
进一步，如图2所示，柔性传感器阵列还包括引线电极4，其中，柔性衬底3包括阵列区和引线区，阵列电极设置于阵列区，引线电极4设置于引线区，且，引线电极4设置于柔性衬底3的表面。同时，保护层2覆盖柔性敏感层和位于阵列区的柔性衬底3。
其中，柔性衬底3为乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺和聚乙烯中的一种。同时，柔性衬底3通过紫外压印具有第一图案。通过纳米压印技术中的紫外压印，可在柔性衬底3上实现不同微结构图案化复形的可控制备，紫外压印不需要高温、高压的条件，速度快、环节少、成本低，并且可以在纳米尺度得到高分辨率的图案。
在本申请中，阵列电极的形状和尺寸可根据实际需要进行选择，电极阵列为金属薄膜电极阵列，如叉齿电极阵列或一字电极阵列。具体来讲，阵列电极可以为叉齿阵列电极，则电极阵列1为叉齿电极阵列，在一个叉齿阵列电极中可以包括6个叉齿电极，6个叉齿电极可以排列成3排2列，如图1所示，其中，阵列电极的线宽为50μm，厚度为20μm。
具体的，在一种具体的实施方式中，阵列电极通过气溶胶喷墨方式印刷于柔性衬底3的表面。气溶胶喷墨方式借助惰性气体输送喷印在柔性衬底3上，形成预设需要的电极阵列1。气溶胶喷墨方式具有无接触、无压力、无印版等特点。在该实施方式中，阵列电极的材料为金属纳米导电墨水、碳纳米导电墨水和有机导电墨水中的一种，金属纳米导电墨水可以为纳米银导电墨水、银纳米线墨水、纳米铝墨水或氧化铟锡墨水，碳纳米导电墨水可以为高纯度半导体单壁碳纳米管墨水或石墨烯导电墨水，有机导电墨水可以为PEDOT:PSS。
在另一种具体的实施方式中，阵列电极通过无胶柔性印刷电路板方式设置于柔性衬底3的表面，其具有细线化、高密度、耐高温及可靠等优点。在该实施方式中，阵列电极的材料为超薄铜膜电极或金膜电极，对应的，柔性衬底3可以为聚对苯二甲酸乙二酯或者聚酰亚胺。
在本申请中，柔性敏感层的材料为纳米材料。例如优选，石墨烯、还原氧化石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管中的一种或多种的组合。并且，可以通过超声雾化喷涂技术来实现柔性敏感层的可控成膜。超声雾化喷涂技术能够利用较低的超声波振动能量来实现液体的雾化，液体通过自身重力或低压液泵传送到喷雾头并实现连续或间断性雾化，其具有喷涂效率高、原材料浪费少、微细雾化颗粒均匀、抗腐蚀性强、精度高、可控性好等优点。基于纳米材料的三维孔状结构可以保证其具有高灵敏度和高信噪比。
在本申请中，保护层2的材料为具有生物相容性的柔性高分子材料，例如，聚二甲基硅氧烷薄膜、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜或柔性纳米涂层。通过低压等离子处理封装技术实现超薄纳米涂层可控制备及传感器阵列的固封与组装，能有效防水、防盐汗、耐摩擦。
通过在柔性衬底3和柔性敏感层之间设置包括至少一个电极阵列1的阵列电极，每个电极阵列1都能够独立采集压力数据，通过后端软硬件系统处理形成其mapping图形就可以形象的反映出压力大小及分布信息从而实现了同时采集多点压力数据的技术效果，并且，基于纳米材料的三维孔状结构可以保证柔性传感器阵列具有高灵敏度和信噪比，同时，本申请的柔性传感器阵列在工业生产上简单、方便，还可以实现高精度、大批量、低成本的制备。
基于柔性仿生感知技术，并且兼具高密度、高柔韧性、高贴合性、高灵敏度等特点的柔性传感器阵列，是测量多种柔性平面接触界面和超窄间隙接触界面之间接触压力大小及动态分布信息的理想器件，该柔性传感器阵列更是感测多种柔性非平面接触界面之间接触压力大小及动态分布信息的唯一器件。因此，柔性传感器阵列在可穿戴设备、医疗健康、消费电子等产业领域表现出了极大的应用前景。
下面将结合一具体实施例，对柔性传感器阵列的制备进行说明：
将厚度为160μm的聚二甲基硅氧烷薄膜柔性衬底3进行清洗和干燥，采用紫外压印技术在柔性衬底3上实现高分辨率的倒金字塔图案化结构的复形，每个椎体的底面为10μm×10μm的正方形，椎体高度为7.06μm，椎体间距为20μm。再根据设计的电极阵列1图纸通过气溶胶喷墨印刷技术打印纳米银导电墨水阵列电极，得到线宽50μm、厚度为20μm的2×3叉齿电极阵列。接着，在叉齿电极阵列上盖上一层事先设计满足要求的掩模版，采用超声雾化喷涂技术在露出的叉齿阵列电极上形成一层柔性敏感薄膜。固化一段时间后，采用低压等离子处理封装技术在表面覆盖一层超薄的具有生物相容性的柔性纳米涂层，接着对其进行固封与组装，一个2×3的传感器阵列就制备完成。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
通过在柔性衬底和柔性敏感层之间设置包括至少一个电极阵列的阵列电极，每个电极阵列都能够采集压力数据，从而实现了同时采集多点压力数据的技术效果，并且，基于纳米材料的三维孔状结构可以保证柔性传感器阵列具有高灵敏度和信噪比，同时，本申请的柔性传感器阵列在工业生产上简单、方便，还可以实现高精度、大批量、低成本的制备。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种柔性传感器阵列，其特征在于，包括柔性衬底、阵列电极、柔性敏感层和保护层；
所述阵列电极设置于所述柔性衬底的表面，其中，所述阵列电极包括至少一个电极阵列；
在所述阵列电极的表面设置有所述柔性敏感层；
所述保护层设置于所述柔性敏感层的上方，且，所述保护层覆盖所述柔性敏感层和所述柔性衬底。
2.如权利要求1所述的柔性传感器阵列，其特征在于，还包括引线电极，其中，所述柔性衬底包括阵列区和引线区：
所述阵列电极设置于所述阵列区，所述引线电极设置于所述引线区，且，所述引线电极设置于所述柔性衬底的表面。
3.如权利要求2所述的柔性传感器阵列，其特征在于，所述保护层覆盖所述柔性敏感层和位于所述阵列区的所述柔性衬底。
4.如权利要求1所述的柔性传感器阵列，其特征在于，所述柔性衬底通过紫外压印具有第一图案。
5.如权利要求1所述的柔性传感器阵列，其特征在于，所述阵列电极通过气溶胶喷墨方式印刷于所述柔性衬底的表面。
6.如权利要求1所述的柔性传感器阵列，其特征在于，所述阵列电极通过无胶柔性印刷电路板方式设置于所述柔性衬底的表面。
7.如权利要求1所述的柔性传感器阵列，其特征在于，所述电极阵列为金属薄膜电极阵列。
8.如权利要求1所述的柔性传感器阵列，其特征在于，所述柔性衬底为乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺和聚乙烯中的一种。
9.如权利要求1所述的柔性传感器阵列，其特征在于，所述柔性敏感层的材料为纳米材料。
10.如权利要求1所述的柔性传感器阵列，其特征在于，所述保护层的材料为具有生物相容性的柔性高分子材料。
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