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专利号: 2022113721756
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电容式柔性压力传感器,其特征在于,包括:

由上自下依次排布的上封装层(1)、上电极层(2)、中间介电层(3)、下电极层(4)和下封装层(5),所述上封装层(1)和所述下封装层(5)平行设置;

所述上电极层(2)、所述下电极层(4)和所述中间介电层(3)均由具有砂纸微结构(21)的导电薄膜制成;

所述中间介电层(3)至少具有两个连续的凸起结构,所述中间介电层(3)的相对所述上电极层(2)的上表面和相对所述下电极层(4)的下表面上具有砂纸微结构(21);

所述上封装层(1)和所述下封装层(5)由PI聚酰亚胺薄膜制成;

所述上电极层(2)和下电极层(4)分别在其相互远离的一侧上设有导线(6)。

2.根据权利要求1所述的一种电容式柔性压力传感器,其特征在于,所述中间介电层(3)的凸起部(32)的形状、高度、宽度可调节。

3.根据权利要求1所述的一种电容式柔性压力传感器,其特征在于,

所述上电极层(2)和所述下电极层(4)是由PDMS聚二甲基硅氧烷、多壁碳纳米管和碳黑相结合所得的复合材料涂覆在砂纸结构上制成的;

所述中间介电层(3)由PDMS聚二甲基硅氧烷材料涂覆在砂纸结构上制成的。

4.根据权利要求3所述的一种电容式柔性压力传感器,其特征在于,砂纸目数包括但不限于60目、120目、180目、240目、400目、600目。

5.制备权利要求1‑4中任意一项所述的电容式柔性压力传感器的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤1:制备上电极层(2)和下电极层(4);

首先,将PDMS聚二甲基硅氧烷预置体与导电材料多壁碳纳米管和碳黑混合,并加入一定量的正己烷溶液作为溶剂,再对混合溶液进行磁力搅拌;取圆形砂纸于均胶机上,倒上所配置的粘稠的混合溶液进行旋涂,使其在砂纸上形成均匀的一层薄膜,然后将涂有薄膜的砂纸放在烘箱中加热烘干,揭下后得到具有砂纸微结构(21)的导电薄膜;

步骤2:准备凹槽模具;

根据实际需要,确定好凹槽的形状、深度、宽度和间距,利用Solidworks软件绘制并3D打印出模具备用,比如凹槽形状为弧形;

步骤3:制备中间介电层(3);

将砂纸裁剪成宽度略小于模具的长条状,并用双面胶将其固定在3D打印出的弧形凹槽模具中塑形,使砂纸具有弧形凹槽微结构;然后将PDMS聚二甲基硅氧烷预置体均匀倒到具有弧形凹槽结构的砂纸上,并放在烘箱中加热烘干,得到同时具有凸起部(32)和砂纸微结构(21)的单面PDMS聚二甲基硅氧烷薄膜;将两片薄膜的背面相互贴合,即得到具有双面弧形凸起结构的砂纸微结构(21)的PDMS聚二甲基硅氧烷薄膜;

步骤4:封装传感器;

将制备好的上电极层(2)、下电极层(4)和中间介电层(3)裁剪成同样的尺寸,并按照所述电容式柔性压力传感器的结构进行组装,最后用导电银浆分别在上电极层(2)和下电极层(4)相互远离的一侧固定导线(6)以引出电极,并用PI聚酰亚胺薄膜封装保护。

6.根据权利要求5所述制备电容式柔性压力传感器的方法,其特征在于,步骤1中,上电极层(2)和下电极层(4)的厚度设置为0.1~0.5mm。

7.根据权利要求5所述制备电容式柔性压力传感器的方法,其特征在于,步骤1中,PDMS聚二甲基硅氧烷预置体的制备方法为,将PDMS聚二甲基硅氧烷的主剂和固化剂应以10∶1的质量比进行配比,并除去气泡。

8.根据权利要求5所述制备电容式柔性压力传感器的方法,其特征在于,步骤1中,多壁碳纳米管和碳黑的质量比为4:1,且多壁碳纳米管和碳黑的总质量占PDMS聚二甲基硅氧烷的10%~12%。

9.根据权利要求5所述制备电容式柔性压力传感器的方法,其特征在于,步骤1中,磁力搅拌时间为20~30min;均胶机设置旋转速度为1600~2400rad/min,时间为25~30s;烘干温度为70~80℃,烘干时间为1~1.5h。

10.根据权利要求5所述制备电容式柔性压力传感器的方法,其特征在于,步骤1中,所述凹槽模具的形状包括但不限于:弧形,三角形,梯形,矩形和其它不规则结构。