一种柔性介电层与电容式压力传感器及其制备方法

本发明涉及压力传感器，尤其涉及一种柔性介电层与电容式压力传感器及其制备方法。

背景技术：

1、压力传感器可以将压力信号转换成相对应的电子信号，在外界刺激或力信息转换中起着重要作用。近年来，柔性压力传感器被广泛应用于电子皮肤、人体运动监测、机器人监控、医疗等诸多领域，成为当前柔性电子材料和器件主要的研究热点之一。

2、压力传感器按照工作机理可将其分为压阻式、电容式、压电式和摩擦电式等类型，其中电容式压力传感器因具有结构简单，功耗低，响应速度快，可靠性、可重复性和动态性能优越等优点，而受到广泛应用。

3、现有的电容式压力传感器的主要结构包括两层电极和位于两层电极之间的柔性介电层，其作用机理为：通过施加在电容式压力传感器上的压力来改变柔性介电层的厚度，从而使得介电层产生电容变化，进一步将电容的变化转换成电信号，再通过电信号的强弱来确定压力的大小；因此，电容式压力传感器的电容主要由柔性介电层决定，柔性介电层是电容式压力传感器的关键元件。

4、由于电容式压力传感器的尺寸通常受使用领域的限制，使得柔性介电层的厚度受限，导致使用过程中柔性介电层的厚度变化范围有限，进而导致电容式压力传感器的检测灵敏度受限。

5、因此，如何提高电容式压力传感器的检测灵敏度是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中电容式压力传感器检测灵敏度受限的问题，本发明提供一种柔性介电层，该柔性介电层通过引入层叠设置的凸起阵列结构与多孔基底结构，使得柔性介电层的可压缩性增强，从而有效增加了电容的提升倍数，使得电容式压力传感器具有较宽的响应范围，解决了现有技术中电容式压力传感器检测灵敏度受限的问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种柔性介电层，包括层叠设置的凸起阵列结构与多孔基底结构；所述多孔基底结构中设置有若干孔隙；所述凸起阵列结构与所述多孔基底结构的材质均为柔性材质。

4、可选地，所述孔隙为方形孔隙。

5、可选地，所述方形孔隙的边长1～1.5mm，高1.5～3mm。

6、可选地，所述凸起阵列结构为金字塔阵列结构。

7、可选地，所述凸起阵列结构包括至少两层高度不同的凸起阵列。

8、可选地，所述金字塔阵列的高度为700～1000μm，顶径100～250μm，底径400～700μm。

9、可选地，所述柔性介电层由光敏树脂采用dlp数字光处理技术通过3d打印得到。

10、可选地，所述光敏树脂包括聚氨酯丙烯酸酯、甲基丙烯酸单体、光引发剂与光吸收剂；所述聚氨酯丙烯酸酯与所述甲基丙烯酸单体的质量比为6:(2-5)；所述光引发剂添加量为所述聚氨酯丙烯酸酯与所述甲基丙烯酸单体质量的(0.1-3)％；所述光吸收剂为所述聚氨酯丙烯酸酯与所述甲基丙烯酸单体质量的2‰。

11、本发明的另一目的在于提供一种电容式压力传感器，包括如上所述的柔性介电层，连接于所述柔性介电层上端的上电极板，以及连接于所述柔性介电层下端的下电极板。

12、本发明的再一目的在于提供一种如上所述的电容式压力传感器的制备方法，包括如下步骤：

13、s1：以光敏树脂为原料，采用dlp数字光处理技术，通过3d打印制备柔性介电层；

14、s2：将上电极板连接于所述柔性介电层的上端，将下电极板连接于所述柔性介电层的下端，得到电容式压力传感器。

15、本发明的有益效果是：

16、本发明提供的柔性介电层，通过同时引入相连的凸起阵列结构与多孔基底结构，使得该柔性介电层具有复杂的微结构，成为复杂弹性介电层，从而使得该柔性介电层的可压缩性增强，进而有效增加了电容的提升倍数，使得该柔性介电层用于电容式压力传感器后，能够在有效增加电容式压力传感器的响应范围的同时，提高其检测灵敏度。

技术特征：

1.一种柔性介电层，其特征在于，包括层叠设置的凸起阵列结构(11)与多孔基底结构(12)；所述多孔基底结构(12)中设置有若干孔隙(121)；所述凸起阵列结构(11)与所述多孔基底结构(12)的材质均为柔性材质。

2.如权利要求1所述的柔性介电层，其特征在于，所述孔隙(121)为方形孔隙。

3.如权利要求2所述的柔性介电层，其特征在于，所述方形孔隙的边长1～1.5mm，高1.5～3mm。

4.如权利要求1所述的柔性介电层，其特征在于，所述凸起阵列结构(11)为金字塔阵列结构。

5.如权利要求4所述的柔性介电层，其特征在于，所述凸起阵列结构(11)包括至少两层高度不同的凸起阵列。

6.如权利要求5所述的柔性介电层，其特征在于，所述金字塔阵列的高度为700～1000μm，顶径100～250μm，底径400～700μm。

7.如权利要求1所述的柔性介电层，其特征在于，所述柔性介电层由光敏树脂采用dlp数字光处理技术通过3d打印得到。

8.如权利要求7所述的柔性介电层，其特征在于，所述光敏树脂包括聚氨酯丙烯酸酯、甲基丙烯酸单体、光引发剂与光吸收剂；所述聚氨酯丙烯酸酯与所述甲基丙烯酸单体的质量比为6:(2-5)；所述光引发剂添加量为所述聚氨酯丙烯酸酯与所述甲基丙烯酸单体质量的(0.1-3)％；所述光吸收剂为所述聚氨酯丙烯酸酯与所述甲基丙烯酸单体质量的2‰。

9.一种电容式压力传感器，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的柔性介电层(1)，连接于所述柔性介电层(1)上端的上电极板(2)，以及连接于所述柔性介电层(1)下端的下电极板(3)。

10.一种如权利要求9所述的电容式压力传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明提供一种柔性介电层与电容式压力传感器及其制备方法，涉及压力传感器技术领域；柔性介电层包括层叠设置的凸起阵列结构与多孔基底结构；所述多孔基底结构中设置有若干孔隙；所述凸起阵列结构与所述多孔基底结构的材质均为柔性材质。本发明提供的柔性介电层，通过同时引入相连的凸起阵列结构与多孔基底结构，使得该柔性介电层具有复杂的微结构，成为复杂弹性介电层，从而使得该柔性介电层的可压缩性增强，进而有效增加了电容的提升倍数，使得该柔性介电层用于电容式压力传感器后，能够在有效增加电容式压力传感器的响应范围的同时，提高其检测灵敏度。技术研发人员：殷瑞雪,陈熠轲,张洪波,高阳受保护的技术使用者：华东理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1