【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于傳感器件，具體涉及一種基于金屬單顆粒的可拉伸壓力傳感器及其制備方法。
技術介紹
1、壓力傳感器是一種能檢測到外界壓力改變的傳感器，廣泛應用于可穿戴、可貼附式電子器件中。近年來，隨著柔性電子學的發展，可拉伸的柔性透明貼附式電子器件在消費電子市場、醫療健康、軍事等產業領域表現出了極大的應用潛力。因此，對壓力傳感器的柔性、精確性、可靠性、靈敏性等性能指標的要求越來越高，而傳統的壓力傳感器往往很難滿足上述要求。利用不同材料來制備具有結構簡單、響應范圍寬、靈敏度高、穩定性好的新型可拉伸的柔性透明貼附式壓力傳感器的研究備受國內外研究者廣泛關注，并逐漸成為當前重要的前沿研究領域之一。
2、經過不斷地研究，壓力傳感器在高靈敏度、良好的線性度及寬廣的檢測范圍等方面取得了較大的進展，因而其在可穿戴電子器件于疾病監測、人機交互及智能傳感等領域的需求不斷增加。然而，在面對同時出現的拉伸和壓力信號時，該類傳感器壓力信號的準確性會受到拉伸狀態的干擾，而這一問題還未很好地被解決。盡管可以通過應變隔離或電容補償等方法，在一定程度上可以校正電容值和相應的壓力讀數，但本征可拉伸且在拉伸狀態下可以精確測量壓力的壓力傳感器目前尚未實現。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術目的在于提供一種基于金屬單顆粒的可拉伸壓力傳感器及其制備方法，在處于拉伸狀態時，也可以通過電容值變化精確地計算出外界施加的壓力而不被拉伸產生的信號所干擾。。
2、為了實現上述目的，本專利技術提供以下技術方案：p>
3、本專利技術提供了一種基于金屬單顆粒的可拉伸壓力傳感器，包括第一彈性體封裝層、中間彈性體支撐層、第二彈性體封裝層；
4、所述中間彈性體支撐層設有空洞，所述空洞內植入有金屬顆粒；
5、所述第一彈性體封裝層設有第一電極層；所述第二彈性體封裝層設有第二電極層；所述第一電極層設有第一離電彈性體薄膜，所述第二電極層設有第二離電彈性體薄膜；
6、所述第一離電彈性體薄膜和第二離電彈性體薄膜分別與中間彈性體支撐層的金屬顆粒接觸。
7、本專利技術可拉伸壓力傳感器由導電性較好且高彈性模量的單金屬顆粒、上下兩層低彈性模量的離電彈性體薄膜、中間支撐層與帶有電極層的上下低彈性模量彈性體封裝層組成，當施加外界壓力時，高彈性模量金屬顆粒會嵌入到低彈性模量的離電彈性體中，導致接觸面積增大，顯著增大雙電層電容值，實現壓力檢測。在無外界壓力時，金屬顆粒與離電彈性膜接觸面積極小，因此其電容值很小。在拉伸狀態下，封裝層和離電彈性體薄膜發生拉伸形變，但高彈性模量的金屬顆粒不發生形變，因此在非拉伸和拉伸狀態下，金屬顆粒與離電彈性體薄膜的接觸面積不受拉伸狀態影響，只受施加壓力影響。
8、作為優選，所述第一彈性體封裝層、第二彈性體封裝層的厚度為100-400μm。
9、作為優選，所述第一彈性體封裝層、第二彈性體封裝層各自的電極層采用磁控濺射或刮涂導電電介質的方式進行設置。在本專利技術中，電極材料為柔性可拉伸的導電材料，可拉伸電極材料可選自市售。
10、進一步優選，所述電極層原料為納米顆粒、納米片、納米線、石墨烯、mxene、碳納米管、導電聚合物；所述納米顆粒、納米片、納米線的材質為金、銀、銅。
11、作為優選，其特征在于，所述第一彈性體封裝層、中間彈性體支撐層、第二彈性體封裝層的材質為低模量柔性彈性體；所述低模量柔性彈性體的彈性模量為0.1-1.0mpa。
12、作為優選，所述低模量柔性彈性體為生物降解塑料或熱塑性橡膠。
13、上下兩層低彈性模量的離電彈性體薄膜可以是柔性可拉伸的高分子材料，具有烘干后具有可拉伸性，且與電極層基底具有良好的粘附性，拉伸狀態下不易脫落的特點。
14、作為優選，所述金屬顆粒粒徑與中間彈性體支撐層的厚度相同；所述金屬顆粒粒徑與空洞的直徑相同。所述空洞于中間彈性體支撐層的中間部位，所述空洞內植入一顆金屬顆粒；在中間彈性體支撐層中間部位需鉆取一個與單金屬顆粒直徑相當的孔洞，將金屬顆粒植入其中，起到固定和支撐的作用。
15、作為優選，所述金屬顆粒粒徑為50-500μm，金屬顆粒為球體顆粒。
16、作為優選，所述金屬顆粒為導電金屬顆粒。
17、進一步優選，所述金屬顆粒的材質包括但不限于銅、鐵、鎳。
18、作為優選，所述離電彈性體薄膜由聚氨酯類彈性體與離子液按照質量比1:0.1-1混合后刮涂而成。
19、本專利技術還提供了上述可拉伸壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟：再利用等離子清洗等方式將各層進行組裝即可獲得可拉伸的壓力傳感器。
20、至少含有以下有益技術效果：
21、1)本專利技術低彈性模量的封裝層和離電彈性體薄膜發生拉伸形變，但高彈性模量的金屬顆粒不發生形變，因此在非拉伸和拉伸狀態下，金屬顆粒與離電彈性體薄膜的接觸面積不受拉伸狀態影響，只受施加壓力影響。因而即使壓力傳感器處于拉伸狀態，也可以通過電容值變化精確地計算出外界施加的壓力而不被拉伸產生的信號所干擾。
22、2)該壓力傳感器在小壓力條件下靈敏度很高，可檢測范圍較大。在施加應力時，其響應和恢復時間較快。在拉伸時，壓力響應與拉伸無關，最大拉伸比可到50％
23、3)該壓力傳感器具有制備方法簡單、材料常見、成本低且傳感性能良好的優勢。因此，進一步擴大了其在健康監測、人機交互、電子皮膚等領域的應用。
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1.一種基于金屬單顆粒的可拉伸壓力傳感器，其特征在于，包括第一彈性體封裝層、中間彈性體支撐層、第二彈性體封裝層；
2.根據權利要求1所述的可拉伸壓力傳感器，其特征在于，所述第一彈性體封裝層、第二彈性體封裝層的厚度為100-400μm。
3.根據權利要求2所述的可拉伸壓力傳感器，其特征在于，所述第一彈性體封裝層、第二彈性體封裝層各自的電極層采用磁控濺射或刮涂導電電介質的方式進行設置。
4.根據權利要求1-3任一項所述的可拉伸壓力傳感器，其特征在于，所述第一彈性體封裝層、中間彈性體支撐層、第二彈性體封裝層的材質為低模量柔性彈性體；所述低模量柔性彈性體的彈性模量為0.1-1.0MPa。
5.根據權利要求4所述的可拉伸壓力傳感器，其特征在于，所述低模量柔性彈性體為生物降解塑料或熱塑性橡膠。
6.根據權利要求1所述的可拉伸壓力傳感器，其特征在于，所述金屬顆粒粒徑與中間彈性體支撐層的厚度相同；所述金屬顆粒粒徑與空洞的直徑相同。
7.根據權利要求6所述的可拉伸壓力傳感器，其特征在于，所述金屬顆粒粒徑為50-500μm，金屬
8.根據權利要求6所述的可拉伸壓力傳感器，其特征在于，所述金屬顆粒為導電金屬顆粒。
9.根據權利要求1所述的可拉伸壓力傳感器，其特征在于，所述離電彈性體薄膜由聚氨酯類彈性體與離子液按照質量比1:0.1-1混合后刮涂而成。
...【技術特征摘要】
1.一種基于金屬單顆粒的可拉伸壓力傳感器，其特征在于，包括第一彈性體封裝層、中間彈性體支撐層、第二彈性體封裝層；
2.根據權利要求1所述的可拉伸壓力傳感器，其特征在于，所述第一彈性體封裝層、第二彈性體封裝層的厚度為100-400μm。
3.根據權利要求2所述的可拉伸壓力傳感器，其特征在于，所述第一彈性體封裝層、第二彈性體封裝層各自的電極層采用磁控濺射或刮涂導電電介質的方式進行設置。
4.根據權利要求1-3任一項所述的可拉伸壓力傳感器，其特征在于，所述第一彈性體封裝層、中間彈性體支撐層、第二彈性體封裝層的材質為低模量柔性彈性體；所述低模量柔性彈性體的彈性模量為0.1-1.0mpa。
【專利技術屬性】
技術研發人員：宋忠乾，李偉燕，范宜云，孔惠君，黃曉文，
申請(專利權)人：山東第一醫科大學山東省醫學科學院，
類型：發明
國別省市：
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