CN214621544U - 一种高灵敏电容式柔性压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种高灵敏电容式柔性压力传感器，包括PDMS柔性聚合物基底，所述PDMS柔性聚合物基底上设置有石墨烯电极层，所述PDMS柔性聚合物基底对应所述石墨烯电极层的一侧设置有第一微结构，所述石墨烯电极层之间设置有第一介电层和第二介电层，所述第一介电层对应所述第二介电层的一侧设置有第二微结构，所述第一介电层包括PDMS柔性聚合物。通过采用上述技术方案，本实用新型的柔性聚合物基底和介电层都具有敏感微结构，相比于没有微结构或单一微结构的电容式柔性压力传感器，在受到外部压力时，更容易发生形变，提高电容值的变化幅度，最终可制备出具有高灵敏度的电容式柔性压力传感器。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器领域，具体涉及一种高灵敏电容式柔性压力传感器。
背景技术
近年来，可穿戴的柔性压力传感器已经成为电子皮肤的重要研究方向，其在人工皮肤、智能机器人以及人体生理信号监测方面具有巨大的应用前景。大多报道的电容式柔性压力传感器都是基于光刻和蒸镀工艺，其工艺复杂、设备昂贵且涉及高温处理过程。另据报道，一种电容式柔性压力传感器的TPU介电层可以通过静电纺丝工艺构建，使之具有透气性。总之，现有技术中截至目前尚无法有效制备出极板表面微结构可控、介电层的孔隙结构可控的电容式柔性压力传感器，而极板表面的微结构以及介电层的孔隙结构对所述传感器的性能具有重要意义。
实用新型内容
基于上述问题，本实用新型目的在于提供一种高灵敏、低成本的PDMS—PS聚合物电介质的电容式柔性压力传感器。
针对以上问题，提供了如下技术方案：一种高灵敏电容式柔性压力传感器，包括PDMS柔性聚合物基底，所述PDMS柔性聚合物基底上设置有石墨烯电极层，所述PDMS柔性聚合物基底对应所述石墨烯电极层的一侧设置有第一微结构，所述石墨烯电极层之间设置有第一介电层和第二介电层，所述第一介电层对应所述第二介电层的一侧设置有第二微结构，所述第一介电层包括PDMS柔性聚合物。
通过采用上述技术方案，本实用新型技术方案由上至下共有六层，依次为具有微结构的PDMS柔性聚合物基底，石墨烯电极层，有微结构的PDMS柔性聚合物介电层，无微结构的PDMS柔性聚合物介电层，石墨烯电极层，具有微结构的PDMS柔性聚合物基底，上下石墨烯电极层分别外接导线，用于测量电容值变化，本实用新型的柔性聚合物基底和介电层都具有敏感微结构，相比于没有微结构或单一微结构的电容式柔性压力传感器，在受到外部压力时，更容易发生形变，提高电容值的变化幅度，最终可制备出具有高灵敏度的电容式柔性压力传感器，改变电极层形状，减小了初始电极层正对面积，增加介电层微结构，为传感器整体形变幅度增加提供可能。。
本实用新型进一步设置：所述第一微结构包括半球状凸部，所述半球状凸部呈X排Y行阵列设置，所述半球状凸部之间间隙设置，所述半球状凸部包括大半球和小半球，所述第一微结构横截面为大半球和小半球间隔设置，所述第一微结构纵截面为大半球和小半球间隔设置，X、Y为大于1的奇数。
通过采用上述技术方案，传感器受到压力时，两极板间正对面积增大，同时极板间垂直距离减小，电容量的变化幅度非常明显，因此具有很高的灵敏度，在介电层制备出斜柱状微结构的同时两侧的PDMS柔性聚合物基底的微结构对称设置，X、Y为大于1的奇数，四个支点的半球状凸部为相同的大半球，器件稳定性好，柔韧性好，易于阵列化、微型化。
本实用新型进一步设置：所述小半球的直径为大半球的60%～80%。
通过采用上述技术方案，进一步减少了初始极板间的正对面积，随着载荷增加，小半球向下位移，极板间正对面积增幅会变得明显。
本实用新型进一步设置：所述第二微结构包括多个倾斜支撑部，所述倾斜支撑部倾斜角为60°～ 80°，所述倾斜支撑部之间间隙设置。
通过采用上述技术方案，相比于无微结构介电层或直柱的微结构介电层，介电层更容易发形变。
本实用新型进一步设置：所述倾斜支撑部之间间隙与所述半球状凸部之间间隙相适配。
通过采用上述技术方案，极板间距及整体形变更为明显。
本实用新型进一步设置：所述第一微结构与其相对设置的第一微结构错位设置。
通过采用上述技术方案，在受到外部压力时，更容易发生形变，提高电容值的变化幅度，灵敏度更高。
本实用新型进一步设置：所述石墨烯电极层采用化学气象沉积法沉积于所述PDMS柔性聚合物基底上。
通过采用上述技术方案，基底材料和介电层均使用道康宁SYL GARD 184硅橡胶和固化剂按照10：1的比例混合制备的PDMS柔性聚合物，电极层采用石墨烯材料。在定制好的硅模具上倒模，制得具有微纳结构的PDMS柔性聚合物，通过倒模的方式制备微了结构阵列，使传感器受到压力时更容易发生形变及增大形变程度，制备方便，整体结构简单，能够实现人体内外存在的微小压力信息的测量。
附图说明
图1为实施例1各层的结构示意图；
图2为实施例1不受到压力时的结构示意图；
图3为实施例1的示意图；
图4为实施例1PDMS柔性聚合物基底微结构的局部放大图；
图5为实施例2不受到压力时的结构示意图；
图6为本实用新型与其他结构的电容式柔性压力传感器在不同压力下的电容变化率对比表；
图中标号含义：1-PDMS柔性聚合物基底；11-第一微结构；12-半球状凸部；121-大半球；122-小半球；2-石墨烯电极层；3-第一介电层；31-第二微结构；311-倾斜支撑部；4-第二介电层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
参见附图1-4，本实施例公开的一种高灵敏电容式柔性压力传感器，包括PDMS柔性聚合物基底，所述PDMS柔性聚合物基底上设置有石墨烯电极层，所述PDMS柔性聚合物基底对应所述石墨烯电极层的一侧设置有第一微结构，所述石墨烯电极层之间设置有第一介电层和第二介电层，所述第一介电层对应所述第二介电层的一侧设置有第二微结构，所述第一介电层包括PDMS柔性聚合物。
本实施例进一步设置：所述第一微结构包括半球状凸部，所述半球状凸部呈X排Y行阵列设置，所述半球状凸部之间间隙设置，所述半球状凸部包括大半球和小半球，所述第一微结构横截面为大半球和小半球间隔设置，所述第一微结构纵截面为大半球和小半球间隔设置，X、Y为大于1的奇数。
本实施例进一步设置：所述小半球的直径为大半球的60%～80%。
本实施例进一步设置：所述第二微结构包括多个倾斜支撑部，所述倾斜支撑部倾斜角为60°～ 80°，所述倾斜支撑部之间间隙设置。
本实施例进一步设置：所述倾斜支撑部之间间隙与所述半球状凸部之间间隙相适配。
参见附图5，本实施例进一步设置：所述第一微结构与其相对设置的第一微结构错位设置。
本实施例进一步设置：所述石墨烯电极层沉积于所述PDMS柔性聚合物基底上。
上述的“之间”并不仅仅指方位、位置之间，还包括指不同零件的相互作用之间的意思，上述的“上、下”只是相对描述，便于描述和理解，不排除使用其它可能性。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，上述假设的这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种高灵敏电容式柔性压力传感器，其特征在于：包括PDMS柔性聚合物基底，所述PDMS柔性聚合物基底上设置有石墨烯电极层，所述PDMS柔性聚合物基底对应所述石墨烯电极层的一侧设置有第一微结构，所述石墨烯电极层之间设置有第一介电层和第二介电层，所述第一介电层对应所述第二介电层的一侧设置有第二微结构，所述第一介电层包括PDMS柔性聚合物。
2.根据权利要求1所述的一种高灵敏电容式柔性压力传感器，其特征在于：所述第一微结构包括半球状凸部，所述半球状凸部呈X排Y行阵列设置，所述半球状凸部之间间隙设置，所述半球状凸部包括大半球和小半球，所述第一微结构横截面为大半球和小半球间隔设置，所述第一微结构纵截面为大半球和小半球间隔设置，X、Y为大于1的奇数。
3.根据权利要求2所述的一种高灵敏电容式柔性压力传感器，其特征在于：所述小半球的直径为大半球的60%～80%。
4.根据权利要求2所述的一种高灵敏电容式柔性压力传感器，其特征在于：所述第二微结构包括多个倾斜支撑部，所述倾斜支撑部倾斜角为60°～ 80°，所述倾斜支撑部之间间隙设置。
5.根据权利要求4所述的一种高灵敏电容式柔性压力传感器，其特征在于：所述倾斜支撑部之间间隙与所述半球状凸部之间间隙相适配。
6.根据权利要求2所述的一种高灵敏电容式柔性压力传感器，其特征在于：所述第一微结构与其相对设置的第一微结构错位设置。
7.根据权利要求1所述的一种高灵敏电容式柔性压力传感器，其特征在于：所述石墨烯电极层沉积于所述PDMS柔性聚合物基底上。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115096480A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-23 | 西安电子科技大学 | 一种柔性电容式压力传感器的制备方法 |
| CN115096479A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-23 | 西安电子科技大学 | 一种基于电容式柔性传感器的可穿戴压力传感设备 |
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2021
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| CN115096479A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-23 | 西安电子科技大学 | 一种基于电容式柔性传感器的可穿戴压力传感设备 |
| CN115096479B (zh) * | 2022-06-24 | 2023-09-29 | 西安电子科技大学 | 一种基于电容式柔性传感器的可穿戴压力传感设备 |
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