CN116222836A - 一种柔性压力传感器及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性压力传感器及其制备方法与应用，属于柔性传感器技术领域。该柔性压力传感器从上至下依次包括基底层、敏感层、封装层和电极层；所述基底层与所述敏感层紧密接触；所述敏感层和所述电极层形成可接触区域；所述敏感层和所述电极层的外周连接有封装层；所述基底层设有微结构；所述敏感层为水性导电浆料制成。本发明通过选择特定的微结构粗糙度，同时结合水性导电填料制成的敏感层以及高模量的基底层，能够获得量程高达40MPa的柔性压力传感器；所得柔性压力传感器在0‑40MPa的压力范围内具有较高的线性度，半量程工作100万次后，柔性传感器的信号变化量小于10％。
Description
技术领域
本发明属于柔性传感器技术领域，具体涉及一种柔性压力传感器及其制备方法与应用。
背景技术
柔性传感器具有轻薄柔等特点，在界面应力测试领域独具优势，是智慧医疗、智能制造等新兴产业的核心部件，在可穿戴设备、医疗健康、人机交互等领域有着广阔的应用前景。然而，现有的柔性压力传感器的量程基本小于1MPa，在触控交互、人体压力信号等领域尚可满足使用条件。但是，在一些工业检测、汽车机械等应用场景往往需要会出现大于10MPa的压力，因此需要更大量程的柔性压力传感器，现有的技术一般很难满足。
现有的制备大量程的柔性压力传感器的技术主要包括加入支撑层(CN202220737896.1)，构建不同模量基材(CN202111485245.4)等方式。但基于这些技术的柔性传感器的量程也最高只能达到1000N(约5MPa)。这些技术往往还是基于弹性体材料作为支撑层或者敏感层，在大压力值作用下很容易达到饱和，导致传感器量程不足。鉴于此，为了满足柔性压力传感器在工业检测、汽车机械等领域的应用，急需开发具有更大量程的传感器。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供用一种柔性压力传感器及其制备方法与应，该柔性传感器在0-40MPa的压力范围内具有较高的线性度，半量程工作100万次后，柔性传感器的信号变化量小于10％。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种柔性压力传感器，从上至下依次包括基底层、敏感层、封装层和电极层；所述基底层与所述敏感层紧密接触；所述敏感层和所述电极层形成可接触区域；所述敏感层和所述电极层的外周连接有封装层；
所述基底层设有微结构，所述微结构的轮廓算数平均偏差Ra为20-200um，轮廓单元的平均宽度Rsm为20-200um；
所述敏感层为水性导电浆料制成，所述水性导电浆料的制备方法为：先将导电填料、分散剂和溶剂混合均匀，然后再加入连接剂混合均匀，得到水性导电浆料。
作为柔性压力传感器的优选实施方式，所述微结构的轮廓算数平均偏差Ra为50-150um，轮廓单元的平均宽度Rsm为50-150um。
本发明通过选择特定的微结构粗糙度，同时结合水性导电填料制成的敏感层以及高模量的基底层，能够获得量程高达40MPa的柔性压力传感器。
其中，微结构的粗糙度是影响柔性压力传感器性能的关键因素之一，当微结构的轮廓算数平均偏差和/或轮廓单元的平均宽度过高或过低，所得柔性压力传感器的量程显著降低。
本发明通过调整水性导电浆料的组成，以获得面电阻为100-5000kΩ/方的敏感层；在制备水性导电浆料的过程中，分散剂和导电填料必须先进行混合，之后在加入连接剂进行混合；若是直接将分散剂、导电填料和分散剂直接共同混合；或者将导电填料和连接剂先进行混合，再加入分散剂进行混合；会严重影响分散剂的分散效果，导致导电填料出现聚沉现象，从而导致敏感层的面电阻过大，所得柔性压力传感器不能进行测试。
进一步的，所述微结构为球状、圆柱状、圆锥状或其他任意形状；所述基底层的模量为GPa级别。
作为柔性压力传感器的优选实施方式，所述基底层为PET薄膜、PC薄膜、PP薄膜、PMMA薄膜、PI薄膜中的一种；所述基底层的厚度为0.05-0.3mm。
本发明中，基底层的厚度同样会影响，柔性压力传感器的性能，基底层的厚度过低或过高，导致柔性压力传感器的性能下降；本发明优选基底层的厚度为0.1mm，以获得性能较好的柔性压力传感器。
作为柔性压力传感器的优选实施方式，所述敏感层的面电阻为100-5000kΩ/方。
作为柔性压力传感器的优选实施方式，如下(a)-(g)中的至少一项：
(a)所述连接剂为水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂中的至少一种；
(b)所述分散剂为直链烷基苯磺酸钠、直链烷基硫酸钠、直链烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、壬基酚聚氧乙烯醚、硬脂酸甘油单酯、木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、烷基聚醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种；
(c)所述导电填料为石墨烯、碳纳米管、炭黑、石墨中的至少一种；
(d)所述连接剂的质量浓度为2-20mg/mL；
(e)所述分散剂的质量浓度为2-20mg/mL；
(f)所述导电填料的质量浓度为2-20mg/mL；
(g)所述溶剂为水。
本发明通过选择连接剂、分散剂和导电填料的种类，连接剂、分散剂和导电填料的质量浓度，获得分散效果好的水性导电浆料，能够提高柔性压力传感器的量程以及线性度。
作为柔性压力传感器的优选实施方式，所述封装层为双面胶、液态胶水或热熔胶；所述封装层的厚度为0.03-0.1mm。
封装层的厚度可以将敏感层和电极层形成可接触区域分离开，若是封装层的厚度过低，导致敏感层和电极层在不工作时，直接接触，降低柔性压力传感器的量程；若是封装层的厚度过高，会导致敏感层和电极层的间隙过大，降低柔性压力传感器的灵敏度。
作为柔性压力传感器的优选实施方式，所述电极层为柔性FPC或丝网印刷的导电线路。
第二方面，本发明提供了一种所述的柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
S1：先将导电填料、分散剂和溶剂混合均匀，然后再加入连接剂混合均匀，得到水性导电浆料；
S2：用等离子体技术对基底层微结构进行处理，然后将水性导电填料涂敷在微结构表面，烘干，从而在基底层上形成敏感层；
S3：将电极层和步骤S2所得敏感层通过封装层粘合，得到柔性压力传感器。
进一步的，步骤S1中，混合的转速为10000-18000r/min，时间为0.5-1h，温度为冰水浴。
进一步的，步骤S2中，所述等离子体技术对基底层微结构进行处理的参数为：气体种类为空气、氧气、氮气、二氧化碳中的一种；气体压力为50-150Pa；处理功率为100-200W，处理时间为40-200s。
通过等离子体技术对微结构进行处理，可以清除微结构表面的杂质，同时提高敏感层的附着力，避免敏感层和基底层分离。
进一步的，步骤S2中，所述水性导电填料的涂敷方式为喷涂、旋涂、丝网印刷中的一种。
进一步的，步骤S2中，为了获得敏感层，需要将水性导电浆料烘干，优选的，所述烘干的温度为60-100℃，烘干的时间为12-24h。
进一步的，步骤S3中，根据封装层材料的不同，使用不同的方式进行封装；具体如下：
封装层为双面胶时，具体的封装步骤为：将双面胶贴在电极层表面的四周，然后将敏感层对位覆盖在电极层上，在室温、压力为1MPa的条件下，压合5-10min；
封装层为液态胶水时，具体的封装步骤为：用点胶机在电极层表面的四周进行点胶，然后将敏感层对位覆盖在电极层上，在室温、压力为20-100kPa的条件下，压合0.5-1h，卸压后静置至液态胶水完全固化；其中静置的时间至少为24h；
封装层为热熔胶时，具体的封装步骤为：根据电极层的大小，裁剪长度合适的热熔胶，将热熔胶置于电极层表面的四周，然后将敏感层对位覆盖在电极层上，在温度为130℃、压力为0.1-0.5MPa的条件下，压合2min。
本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的封装方式。
第三方面，本发明还提供了所述的柔性压力传感器在工业检测、汽车机械领域中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过选择特定的微结构粗糙度，同时结合水性导电填料制成的敏感层以及高模量的基底层，能够获得量程高达40MPa的柔性压力传感器；所得柔性压力传感器在0-40MPa的压力范围内具有较高的线性度，半量程工作100万次后，柔性传感器的信号变化量小于10％。
附图说明
图1为本发明柔性压力传感器的结构示意图；
图2为实施例1所得柔性压力传感器的工作曲线图；
图3为实施例1所得柔性压力传感器的疲劳测试图；
图4为实施例1所得柔性压力传感器的台阶测试图；
图5为实施例2所得柔性压力传感器的工作曲线图；
图6为实施例3所得柔性压力传感器的工作曲线图；
图7为实施例4所得柔性压力传感器的工作曲线图；
图8为对比例1所得柔性压力传感器的工作曲线图；
图9为对比例2所得柔性压力传感器的工作曲线图；
图10为对比例3所得柔性压力传感器的工作曲线图；
图11为对比例4所得柔性压力传感器的工作曲线图；
图12为对比例5所得柔性压力传感器的工作曲线图。
具体实施方式
为更加清楚明白地表现本公开的目的、技术方案和优点，结合以下具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“垂直”、“水平”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是电连接，可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
图1为本发明柔性压力传感器的结构示意图；本发明的柔性压力传感器从上至下依次包括基底层、敏感层、封装层和电极层；所述敏感层和所述电极层形成可接触区域；所述敏感层和所述电极层的外周连接有封装层；通过在敏感层和电极层的外周连接有厚度为0.03-0.1mm封装层，将敏感层和电极层的内周进行分离，这种封装方式可以提高柔性压力传感器的灵敏度；当柔性压力传感器无压力作用时，敏感层和电极层分离；当柔性压力传感器受到压力作用时，敏感层和电极层相互接触，测试压力作用的大小。
本发明中，基底层上设有微结构，所述微结构的轮廓算数平均偏差Ra为20-200um，轮廓单元的平均宽度Rsm为20-200um；该微结构是影响柔性压力传感器的关键因素，通过调整微结构的参数，以获得量程大的柔性压力传感器。
本发明中，基底层为PET薄膜、PC薄膜、PP薄膜、PMMA薄膜、PI薄膜中的一种；所述基底层的厚度为0.05-0.3mm；选择特定厚度和种类的基底层，以进一步提高柔性压力传感器的量程。
本发明中，通过将水性导电浆料涂敷在基底上，形成面电阻为100-5000kΩ/方的敏感层。
本发明中，所述封装层为双面胶、液态胶水或热熔胶；所述电极层为柔性FPC或丝网印刷的导电线路。
实施例1
如图1所示，本实施例公开了一种柔性压力传感器，从上至下包括基底层、敏感层、封装层和电极层；所述敏感层和所述电极层形成可接触区域；所述敏感层和所述电极层的外周连接有封装层；
所述基底层设有微结构，所述微结构为无规则状；所述微结构的轮廓算数平均偏差Ra为50um，轮廓单元的平均宽度Rsm为50um；
所述敏感层的面电阻为500kΩ/方，由水性导电浆料制成，所述水性导电浆料由导电填料、分散剂、连接剂和溶剂组成；所述导电填料为炭黑，所述分散剂为直链烷基硫酸钠，所述连接剂为水性环氧树脂，所述溶剂为水；所述导电填料的质量浓度为5mg/mL；所述分散剂的质量浓度为10mg/mL；所述连接剂的质量浓度为10mg/mL；
所述基底层为PC薄膜，所述基底层的厚度为0.1mm；
所述封装层为液态胶水，所述封装层的厚度为0.05mm；
所述电极层为柔性FPC。
本实施例柔性压力传感器通过以下步骤制备得到：
S1：将导电填料、分散剂和溶剂在冰水浴、转速为10000r/min的条件下用高速分散机分散1h，然后加入连接剂，在冰水浴、转速为10000r/min的条件下用高速分散机分散1h，所得混合液在10000r/min的转速下离心10min，所得上清液即为水性导电浆料；
S2：用等离子体技术对基底层微结构进行处理，处理参数为：气体种类为空气，气压为50Pa，功率为200W，时间为40s；然后用喷涂的方式将水性导电填料涂敷在微结构表面，在100℃的温度下加热12h，从而在基底层上形成敏感层；
S3：用点胶机在电极层外周进行点胶，然后将敏感层和电极层对位贴合，然后在室温、50kPa的条件下压合1h，卸压后静置24h胶水完全固化，得到柔性压力传感器。
本实施例所得柔性压力传感器在0-40MPa压力下的工作曲线如下图2所示，从图2中可以看出，本实施例的柔性传感器在0-40MPa的压力范围内具有较好的线性，说明本实施例的柔性传感器的量程可达40MPa。
在20MPa的压力下测试本实施例的柔性传感器的疲劳性能，本实施例所得柔性传感的疲劳测试结果如图3所示，从图3中可以看出，在100万次半量程测试后信号变化率小于10％。
本实施例所得柔性压力传感器在0-40MPa压力范围内进行台阶测试，测试结果如图4所示，从图4中可知，柔性传感器的台阶清晰均匀，线性度好。
实施例2
如图1所示，本实施例公开了一种柔性压力传感器，从上至下包括基底层、敏感层、封装层和电极层；所述敏感层和所述电极层形成可接触区域；所述敏感层和所述电极层的外周连接有封装层；
所述基底层设有微结构，所述微结构为无规则状；所述微结构的轮廓算数平均偏差Ra为50um，轮廓单元的平均宽度Rsm为50um；
所述敏感层的面电阻为500kΩ/方，由水性导电浆料制成，所述水性导电浆料由导电填料、分散剂、连接剂和溶剂组成；所述导电填料为炭黑，所述分散剂为直链烷基硫酸钠，所述连接剂为水性聚氨酯树脂，所述溶剂为水；所述导电填料的质量浓度为5mg/mL；所述分散剂的质量浓度为10mg/mL；所述连接剂的质量浓度为10mg/mL；
所述基底层为PC薄膜，所述基底层的厚度为0.1mm；
所述封装层为液态胶水，所述封装层的厚度为0.05mm。
本实施例柔性压力传感器通过以下步骤制备得到：
S1：将导电填料、分散剂和溶剂在冰水浴、转速为10000r/min的条件下用高速分散机分散1h，然后加入连接剂，在冰水浴、转速为10000r/min的条件下用高速分散机分散1h，所得混合液在10000r/min的转速下离心10min，所得上清液即为水性导电浆料；
S2：用等离子体技术对基底层微结构进行处理，处理参数为：气体种类为空气，气压为50Pa，功率为200W，时间为40s；然后用喷涂的方式将水性导电填料涂敷在微结构表面，在100℃的温度下加热12h，从而在基底层上形成敏感层；
S3：用点胶机在电极层外周进行点胶，然后将敏感层和电极层对位贴合，然后在室温、50kPa的条件下压合1h，卸压后静置24h胶水完全固化，得到柔性压力传感器。
本实施例所得柔性压力传感器在0-40MPa压力下的工作曲线如下图5所示，从图5中可以看出，本实施例的柔性传感器在0-40MPa的压力范围内具有较好的线性，说明本实施例的柔性传感器的量程可达40MPa。
实施例3
如图1所示，本实施例公开了一种柔性压力传感器，从上至下包括基底层、敏感层、封装层和电极层；所述敏感层和所述电极层形成可接触区域；所述敏感层和所述电极层的外周连接有封装层；
所述基底层设有微结构，所述微结构为无规则状；所述微结构的轮廓算数平均偏差Ra为20um，轮廓单元的平均宽度Rsm为200um；
所述敏感层的面电阻为100kΩ/方，由水性导电浆料制成，所述水性导电浆料由导电填料、分散剂、连接剂和溶剂组成；所述导电填料为炭黑，所述分散剂为直链烷基硫酸钠，所述连接剂为水性聚氨酯树脂，所述溶剂为水；所述导电填料的质量浓度为2mg/mL；所述分散剂的质量浓度为2mg/mL；所述连接剂的质量浓度为20mg/mL；
所述基底层为PP薄膜，所述基底层的厚度为0.05mm；
所述封装层为液态胶水，所述封装层的厚度为0.03mm。
本实施例柔性压力传感器通过以下步骤制备得到：
S1：将导电填料、分散剂和溶剂在冰水浴、转速为18000r/min的条件下用高速分散机分散0.5h，然后加入连接剂，在冰水浴、转速为18000r/min的条件下用高速分散机分散0.5h，所得混合液在10000r/min的转速下离心20min，所得上清液即为水性导电浆料；
S2：用等离子体技术对基底层微结构进行处理，处理参数为：气体种类为氧气，气压为150Pa，功率为100W，时间为200s；然后用喷涂的方式将水性导电填料涂敷在微结构表面，在60℃的温度下加热24h，从而在基底层上形成敏感层；
S3：用点胶机在电极层外周进行点胶，然后将敏感层和电极层对位贴合，然后在室温、50kPa的条件下压合1h，卸压后静置24h胶水完全固化，得到柔性压力传感器。
对本实施例所得柔性压力传感器的灵敏度和量程进行测试，结果如图6所示，从图6中可以看出所得柔性压力传感器在在0-40MPa的压力范围内具有较好的线性，说明本实施例的柔性传感器的量程可达40MPa。
实施例4
如图1所示，本实施例公开了一种柔性压力传感器，从上至下包括基底层、敏感层、封装层和电极层；所述敏感层和所述电极层形成可接触区域；所述敏感层和所述电极层的外周连接有封装层；
所述基底层设有微结构，所述微结构为无规则状；所述微结构的轮廓算数平均偏差Ra为200um，轮廓单元的平均宽度Rsm为20um；
所述敏感层的面电阻为5000kΩ/方，由水性导电浆料制成，所述水性导电浆料由导电填料、分散剂、连接剂和溶剂组成；所述导电填料为炭黑，所述分散剂为直链烷基硫酸钠，所述连接剂为水性环氧树脂，所述溶剂为水；所述导电填料的质量浓度为20mg/mL；所述分散剂的质量浓度为20mg/mL；所述连接剂的质量浓度为2mg/mL；
所述基底层为PC薄膜，所述基底层的厚度为0.3mm；
所述封装层为液态胶水，所述封装层的厚度为0.1mm；
所述电极层为柔性FPC。
本实施例柔性压力传感器通过以下步骤制备得到：
S1：将导电填料、分散剂和溶剂在冰水浴、转速为10000r/min的条件下用高速分散机分散1h，然后加入连接剂，在冰水浴、转速为10000r/min的条件下用高速分散机分散1h，所得混合液在10000r/min的转速下离心10min，所得上清液即为水性导电浆料；
S2：用等离子体技术对基底层微结构进行处理，处理参数为：气体种类为空气，气压为50Pa，功率为200W，时间为40s；然后用喷涂的方式将水性导电填料涂敷在微结构表面，在100℃的温度下加热12h，从而在基底层上形成敏感层；
S3：用点胶机在电极层外周进行点胶，然后将敏感层和电极层对位贴合，然后在室温、50kPa的条件下压合1h，卸压后静置24h胶水完全固化，得到柔性压力传感器。
对本实施例所得柔性压力传感器的灵敏度和量程进行测试，结果如图7所示，从图7中可以看出所得柔性压力传感器在在0-40MPa的压力范围内具有较好的线性，说明本实施例的柔性传感器的量程可达40MPa。
对比例1
本对比例提供了一种柔性压力传感器，本对比例与实施例1的区别仅在于：所述微结构为无规则状；所述微结构的轮廓算数平均偏差Ra为10um，轮廓单元的平均宽度Rsm为50um。
本对比例所得柔性压力传感器在0-40MPa压力下的工作曲线如下图8所示，从图8中可以看出，本对比例所得柔性传感器在0-2MPa压力范围内具有较好的线性，在2MPa-40MPa压力范围内，柔性传感器的线性度明显变差，说明本对比例柔性压力传感器的量程为2MPa。
对比例2
本对比例提供了一种柔性压力传感器，本对比例与实施例1的区别仅在于：所述微结构为无规则状；所述微结构的轮廓算数平均偏差Ra为50um，轮廓单元的平均宽度Rsm为10um。
本对比例所得柔性压力传感器在0-40MPa压力下的工作曲线如下图9所示，从图9中可以看出，本对比例所得柔性传感器在0-5MPa压力范围内具有较好的线性，在5MPa-40MPa压力范围内，柔性传感器的线性度明显变差，说明本对比例柔性压力传感器的量程为5MPa。
对比例3
如图1所示，本对比例公开了一种柔性压力传感器，从上至下包括基底层、敏感层、封装层和电极层；所述敏感层和所述电极层形成可接触区域；所述敏感层和所述电极层的外周连接有封装层；
所述基底层设有微结构，所述微结构为无规则状；所述微结构的轮廓算数平均偏差Ra为50um，轮廓单元的平均宽度Rsm为50um；
所述敏感层的面电阻为500kΩ/方，由水性导电浆料制成，所述水性导电浆料由导电填料、分散剂、连接剂和溶剂组成；所述导电填料为炭黑，所述分散剂为直链烷基硫酸钠，所述连接剂为水性聚氨酯树脂和水性丙烯酸树脂，所述溶剂为水；所述导电填料的质量浓度为5mg/mL；所述分散剂的质量浓度为10mg/mL；所述连接剂的质量浓度为10mg/mL；
所述基底层为PC薄膜，所述基底层的厚度为0.1mm；
所述封装层为液态胶水，所述封装层的厚度为0.05mm。
本实施例柔性压力传感器通过以下步骤制备得到：
S1：将导电填料、分散剂和溶剂在冰水浴、转速为10000r/min的条件下用高速分散机分散1h，然后加入连接剂，在冰水浴、转速为10000r/min的条件下用高速分散机分散1h，所得混合液在10000r/min的转速下离心10min，所得上清液即为水性导电浆料；
S2：用等离子体技术对基底层微结构进行处理，处理参数为：气体种类为空气，气压为50Pa，功率为200W，时间为40s；然后用喷涂的方式将水性导电填料涂敷在微结构表面，在100℃的温度下加热12h，从而在基底层上形成敏感层；
S3：用点胶机在电极层外周进行点胶，然后将敏感层和电极层对位贴合，然后在室温、50kPa的条件下压合1h，卸压后静置24h胶水完全固化，得到柔性压力传感器。
本对比例所得柔性压力传感器在0-40MPa压力下的工作曲线如下图10所示，从图10中可以看出，柔性传感器在0-40MPa的压力范围内一直处于断开状态，说明敏感层电阻过大，即使在大压力下也无法导通，进一步说明连接剂的添加顺序对敏感层的电阻具有极大的影响，导致柔性传感器无法工作。
对比例4
本对比例提供了一种柔性压力传感器，本对比例与实施例1的区别仅在于：水性导电浆料的制备方法不同；
本对比例水性导电浆料的制备方法包括以下步骤：
将导电填料、分散剂、连接剂和溶剂在冰水浴、转速为10000r/min的条件下用高速分散机分散2h，所得混合液在10000r/min的转速下离心10min，所得上清液即为水性导电浆料。
本对比例所得柔性压力传感器在0-40MPa压力下的工作曲线如下图11所示，从图11中可以看出，柔性传感器在0-40MPa的压力范围内一直处于断开状态，说明敏感层电阻过大，即使在大压力下也无法导通，进一步说明连接剂的添加顺序对敏感层的电阻具有极大的影响，导致柔性传感器无法工作。
对比例5
本对比例提供了一种柔性压力传感器，本对比例与实施例1的区别仅在于：水性导电浆料中的连接剂不同，本对比例水性导电浆料中的连接剂为水性聚酯树脂。
本实施例所得柔性压力传感器在0-40MPa压力范围内进行台阶测试，测试结果如图12所示，从图12中可知，柔性传感器的台阶不均匀，且不明显，线性度差。
最后所应当说明的是，以上实施例用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者同等替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种柔性压力传感器，其特征在于，从上至下依次包括基底层、敏感层、封装层和电极层；所述基底层与所述敏感层紧密接触；所述敏感层和所述电极层形成可接触区域；所述敏感层和所述电极层的外周连接有封装层；
所述基底层设有微结构，所述微结构的轮廓算数平均偏差Ra为20-200um，轮廓单元的平均宽度Rsm为20-200um；
所述敏感层为水性导电浆料制成，所述水性导电浆料的制备方法为：先将导电填料、分散剂和溶剂混合均匀，然后再加入连接剂混合均匀，得到水性导电浆料。
2.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述微结构的轮廓算数平均偏差Ra为50-150um，轮廓单元的平均宽度Rsm为50-150um。
3.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述基底层为PET薄膜、PC薄膜、PP薄膜、PMMA薄膜、PI薄膜中的一种；所述基底层的厚度为0.05-0.3mm。
4.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述敏感层的面电阻为100-5000KΩ/方。
5.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，如下(a)-(g)中的至少一项：
(a)所述连接剂为水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂中的至少一种；
(b)所述分散剂为直链烷基苯磺酸钠、直链烷基硫酸钠、直链烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、壬基酚聚氧乙烯醚、硬脂酸甘油单酯、木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、烷基聚醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种；
(c)所述导电填料为石墨烯、碳纳米管、炭黑、石墨中的至少一种；
(d)所述连接剂的质量浓度为2-20mg/mL；
(e)所述分散剂的质量浓度为2-20mg/mL；
(f)所述导电填料的质量浓度为2-20mg/mL；
(g)所述溶剂为水。
6.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述封装层为双面胶、液态胶水或热熔胶；所述封装层的厚度为0.03-0.1mm。
7.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述电极层为柔性FPC或丝网印刷的导电线路。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：先将导电填料、分散剂和溶剂混合均匀，然后再加入连接剂混合均匀，得到水性导电浆料；
S2：用等离子体技术对基底层进行处理，得到带有微结构的基底层；然后将水性导电填料涂敷在基底层表面，烘干，从而在基底层上形成敏感层；
S3：将电极层和步骤S2所得敏感层通过封装层粘合，得到柔性压力传感器。
9.如权利要求1-7任一项所述的柔性压力传感器在工业检测、汽车机械领域中的应用。
Priority Applications (1)
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| CN202310071906.1A CN116222836A (zh) | 2023-01-31 | 2023-01-31 | 一种柔性压力传感器及其制备方法与应用 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117109782A (zh) * | 2023-08-31 | 2023-11-24 | 广州埔慧科技有限公司 | 压力传感器及其制备方法 |
| CN117109782B (zh) * | 2023-08-31 | 2024-07-26 | 广州埔慧科技有限公司 | 压力传感器及其制备方法 |
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- 2023-01-31 CN CN202310071906.1A patent/CN116222836A/zh active Pending
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