CN209639868U - 一种柔性压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种柔性压力传感器，包括聚酰亚胺薄膜、银电极、压敏材料及硅胶填充层；本实用新型采用将银电极生长在聚酰亚胺薄膜上构成柔性衬底，采用碳纳米管与聚二甲基硅氧烷混合制成压敏材料，在压敏材料的正面与反面分别与两片柔性衬底上银电极圆形的头部贴合，并硅胶填充层填充于两片柔性衬底上长引线的尾部之间，且包裹在压敏材料的圆形片周边。压敏材料及柔性衬底配合具有更好的柔韧性和抗弯曲性能，本实用新型具有电学性能好、线性特性好、强度高、耐温范围大，制作简单、成本低且便于工业化生产的优点。

Description

一种柔性压力传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其是一种柔性压力传感器。

背景技术

随着科技的发展，压力传感器广泛应用于国防、医疗、工业、生活等领域。尤其对于目前的高科技特殊领域，柔性传感器已成为一大热门研究方向。本实用新型基于柔性衬底和材料，做成的柔性压力传感器具有较好的弯折性和抗拉伸性。与专利号为201611144675.9的柔性压力传感器相比，本实用新型制作简单，所用化学试剂少，量程更大，灵敏度较高；与专利号为201610606324.9的柔性压力传感器相比，本实用新型制作成本低，采用丝网印刷的PDMS层更薄，可达0.1mm，且量程较大，电学性能和线性度更好。现有技术多采用聚四氟乙烯材料表面涂抹银浆的电极，使用ZnO等作为压敏材料，存在的问题是，首先，银浆由于是涂抹在衬底上，粘附性不好；其次，银浆是一种刚性较大的材料，固化后的银浆在弯折过程中极易发生断裂。用ZnO作为压敏材料，其缺点是能量容量低小，容易损坏，对微小压力难以检测。且直接将ZnO作为压阻材料，没有任何联结剂和增强剂，材料结构容易断裂，不具有好的重复性和弯曲强度。对于柔性压力传感器来说，这些缺点是致命的。此外，申请号为201611061023.9的专利公开了一种基于碳化海绵的压力敏感材料的制备，该技术方案存在实验操作性差和制备工艺复杂，制备过程繁琐，材料稳定性差的缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足而提供的一种柔性压力传感器，本实用新型采用将银电极生长在聚酰亚胺薄膜上构成柔性衬底，采用碳纳米管与聚二甲基硅氧烷混合制成压敏材料，在压敏材料的正面与反面分别与两片柔性衬底上银电极圆形的头部贴合，并硅胶填充层填充于两片柔性衬底上长引线的尾部之间，且包裹在压敏材料的圆形片周边。压敏材料及柔性衬底配合具有更好的柔韧性和抗弯曲性能，本实用新型具有电学性能好、线性特性好、材料稳定性好、强度高、耐温范围大，制作简单、成本低且便于工业化生产的优点。

实现本实用新型的具体技术方案是：

一种柔性压力传感器，其特点包括聚酰亚胺薄膜、银电极、压敏材料及硅胶填充层；所述银电极由圆形的头部与长引线的尾部构成蝌蚪状，银电极生长在聚酰亚胺薄膜上构成柔性衬底，所述压敏材料为圆片状，所述柔性衬底为两片，所述压敏材料的正面与反面分别与两片柔性衬底上银电极圆形的头部贴合，硅胶填充层填充于两片柔性衬底上长引线的尾部之间，且包裹在压敏材料的圆形片周边。

本实用新型所述压敏材料的制备步骤如下：

步骤1：将4g 聚二甲基硅氧烷滴入20ml 正己烷中，磁力搅拌，时间为20min～30min，转速为1500r/min，形成混合溶液；

步骤2：将0.8g碳纳米管放入上述混合溶液中，继续磁力搅拌，时间为20min～30min；形成碳纳米管溶液；

步骤2：取碳纳米管溶液与道康宁固化剂按10：1的重量比配比，将道康宁固化剂滴入碳纳米管溶液中，磁力搅拌，时间为50min～60min；形成压敏材料；

步骤3：用丝网印刷法将压敏材料制备到柔性衬底上，首先将一片柔性衬底置于平台上，将压敏圆片模具置于柔性衬底银电极的圆形的头部，在压敏圆片模具上覆盖300目的丝网，将压敏材料滴入压敏圆片模具内即银电极的圆形的头部上，用软质刮板加压，去除丝网，将另一片柔性衬底银电极的圆形的头部覆盖于压敏圆片模具上，形成压敏圆片衬底并放置于加热台固化，温度为150℃，时间为60min～90min；

步骤4：拆除压敏圆片模具，完成圆片状压敏材料的制备。

本实用新型采用将银电极2生长在聚酰亚胺薄膜1上构成柔性衬底，采用碳纳米管与聚二甲基硅氧烷混合制成压敏材料，在压敏材料3的正面与反面分别与两片柔性衬底上银电极2圆形的头部贴合，并硅胶填充层4填充于两片柔性衬底上长引线的尾部之间，且包裹在压敏材料3的圆形片周边。压敏材料3及柔性衬底配合具有更好的柔韧性和抗弯曲性能，本实用新型具有电学性能好、线性特性好、强度高、耐温范围大，制作简单、成本低且便于工业化生产的优点。

本实用新型采用碳纳米管与聚二甲基硅氧烷混合制成压敏材料，在不同压力作用下，碳纳米管内部的阻值发生变化，使压力和电阻之间具有线性对应关系。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为本实用新型柔性衬底的结构示意图；

图4为本实用新型压敏材料的显微镜下的结构示意图；

图5为本实用新型电流与工作压力的特性曲线图。

具体实施方式

参阅图1、图2、图3，本实用新型包括聚酰亚胺薄膜1、银电极2、压敏材料3及硅胶填充层4；所述银电极2由圆形的头部与长引线的尾部构成蝌蚪状，银电极2生长在聚酰亚胺薄膜1上构成柔性衬底，所述压敏材料3为圆片状，所述柔性衬底为两片，所述压敏材料3的正面与反面分别与两片柔性衬底上银电极2圆形的头部贴合，硅胶填充层4填充于两片柔性衬底上长引线的尾部之间，且包裹在压敏材料3的圆形片周边。

参阅图1、图2、图3，本实用新型压敏材料的制备步骤如下：

步骤1：将4g 聚二甲基硅氧烷滴入20ml 正己烷中，磁力搅拌，时间为20min～30min，转速为1500r/min，形成混合溶液；

步骤2：将0.8g碳纳米管放入上述混合溶液中，继续磁力搅拌，时间为20min～30min；形成碳纳米管溶液；

步骤2：取碳纳米管溶液与道康宁固化剂按10：1的重量比配比，将道康宁固化剂滴入碳纳米管溶液中，磁力搅拌，时间为50min～60min；形成压敏材料；

步骤3：用丝网印刷法将压敏材料3制备到柔性衬底上，首先将一片柔性衬底置于平台上，将压敏圆片模具置于柔性衬底银电极2的圆形的头部，在压敏圆片模具上覆盖300目的丝网，将压敏材料3滴入压敏圆片模具内即银电极2的圆形的头部上，用软质刮板加压，去除丝网，将另一片柔性衬底银电极2的圆形的头部覆盖于压敏圆片模具上，形成压敏圆片衬底并放置于加热台固化，温度为150℃，时间为60min～90min；

步骤4：拆除压敏圆片模具，完成圆片状压敏材料3的制备。

参阅图1、图4，本实用新型压敏材料的圆形片在显微镜下读取的结构示意图。

实施例1

参阅图1、图2、图3、图5，本实用新型采用碳纳米管与聚二甲基硅氧烷混合制成压敏材料，在不同压力作用下，碳纳米管内部的阻值发生变化，使工作压力与电流之间具有线性对应关系。

工作时，本实用新型银电极2的长引线上连接电流表，将本实用新型的压敏材料3部位置于待测压力计侧压触头的正压力方向，将侧压触头接触压敏材料3的表面，向压敏材料3的表面施加1～10N的力。随着压力的增大，其电流表上显示的电流值呈线性增大，正比于正压力。本实用新型可应用于各种弯曲界面、不规则界面的压力测量。

Claims (1)

1.一种柔性压力传感器，其特征在于，它包括聚酰亚胺薄膜（1）、银电极（2）、压敏材料（3）及硅胶填充层（4）；所述银电极（2）由圆形的头部与长引线的尾部构成蝌蚪状，银电极（2）生长在聚酰亚胺薄膜（1）上构成柔性衬底，所述压敏材料（3）为圆片状，所述柔性衬底为两片，所述压敏材料（3）的正面与反面分别与两片柔性衬底上银电极（2）圆形的头部贴合，硅胶填充层（4）填充于两片柔性衬底上长引线的尾部之间，且包裹在压敏材料（3）的圆形片周边。