一种基于喷墨打印制备的多通道柔性压力传感器

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种多通道柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

传统多通道柔性压力传感器制备采用丝网印刷的方式，需要进行丝网定制设计，开发周期较长，而喷墨打印具有全数字化特点，可灵活、快速的设计并制备传感图案，排除图案对准及失真问题，可实现大规模量产，提高柔性传感器研发及生产效率。现阶段多通道传感为阵列式排布，不适用于硬件配置不高且需要特殊点区域传感的场景使用，而基于电极层及衬底层的结构设计中，多通道传感矩阵几何图案可实现大小不一、图案灵活的具有任意配置的传感器阵列，满足灵敏信号提取过程中信号处理技术要求，实现多维度信号分析。随着柔性电子的不断发展，本项目提出了一种利用喷墨打印技术制备开发快速、设计灵活、结构简单、图案合理的柔性多通道压力传感器的方法，具有良好的市场前景。

发明内容

鉴于现有柔性压力传感器制备技术和性能方面的缺陷，本发明提供了一种高效制备多通道柔性压力传感器的方法，该方法制备的传感器上的电极层和衬底层的导电图案均通过直写喷墨打印技术完成，可提升传感器灵敏度，减少传感器制备工序。

本发明通过如下技术方案实现：

一种基于喷墨打印制备多通道柔性压力传感器，从下到上依次由衬底层、中间层及电极层组成，所述电极层为带有导电图案和压敏图案的柔性薄膜，中间层为绝缘胶层，衬底层为带有衬底导电图案和压敏图案的柔性薄膜，将上层电极层柔性薄膜和下层衬底层柔性薄膜进行正对组装，制备出柔性压力传感器，其中，电极层和衬底层的导电图案均通过直写喷墨打印技术完成。

优选地，所述电极层、绝缘胶层、衬底层的厚度均为100um。

优选地，所述柔性薄膜的材料为PET、PDMS或PI。

优选地，所述电极层及衬底层上的导电图案在下层，压敏图案在上层，导电图案的传感区域上喷涂有压敏图案。

优选地，所述电极层及衬底层共同组成传感区域，构成多通道传感；电极层通道引线至柔性薄膜边缘，电极层断路引线与衬底层断路引线贴合共同构成衬底层引线，所有引线由电极层伸出部分引出。

优选地，电极层和衬底层上的导电图案所用导电材料具有良好导电特性，例如纳米银浆。

优选地，电极层和衬底层上的压敏图案所用压敏材料具有压敏特性，例如碳纳米管、银纳米线或PEDOT：PSS为基材的水性墨水。

本发明的另一目的在于提供一种多通道柔性压力传感器的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：将柔性薄膜进行单层亲水处理，便于导电墨水在柔性薄膜上均匀散开；

步骤二：将导电材料超声，实现导电物质的分散均匀，利用直写喷涂打印设备将导电材料均匀的喷涂在亲水处理后的柔性薄膜上，控制直写喷涂打印设备相关参数，烘干后即完成电极层和衬底层的导电图案制备；

步骤三：将压敏材料超声，实现导电物质的分散均匀，利用直写喷涂打印设备将压敏材料均匀的喷涂在具有导电材料的柔性薄膜上，控制直写喷涂打印设备相关参数，烘干后即完成电极层和衬底层的压敏图案制备；

步骤四：将绝缘胶层涂覆至电极层的非传感区域，起到粘合电极层和衬底层的作用，同时保证在柔性压力传感器未受到按压时，电极层和衬底层为断路状态；

步骤五：将电极层和衬底层正对组装，固化胶水，利用冲压方式实现传感器的裁切，完成透明的柔性压力传感器的制备。

优选地，步骤二所述的导电材料为纳米银浆。

优选地，步骤二所述的压敏材料为碳纳米管、银纳米线或以PEDOT：PSS为基材的水性墨水。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1.本发明制备的柔性压力传感器采用喷墨打印技术，技术成熟，导电墨水体积可控，涂覆均匀，图案设计灵活，可高效快速制备性能优良的柔性压力传感器。

2.本发明制备的柔性压力传感器设计了多通道传感图案，该传感器具有高密度、高灵敏度、可灵活设计的特性，拓宽了柔性压力传感器的应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的一种多通道柔性压力传感器的电极层的结构示意图；

其中：a为导电图案，b为压敏图案；

图2为本发明的一种多通道柔性压力传感器的绝缘胶层的结构示意图；

图3为本发明的一种多通道柔性压力传感器的衬底层的结构示意图；

其中：a为导电图案，b为压敏图案。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

本发明公开了一种多通道柔性压力传感器的方法，通过直写喷墨打印技术，在柔

性基底上制备多通道传感导电图形，进而制备柔性压力传感器。柔性压力传感器分为三层，电极层为带有导电图案和压敏图案的柔性薄膜，中间层为绝缘胶层，衬底层为带有衬底导电图案和压敏的柔性薄膜，将上层电极层柔性薄膜和下层衬底层柔性薄膜进行正对组装，制备出柔性压力传感器，其中电极层和衬底层的导电图案、压敏图案均通过直写喷墨打印技术完成。本发明中利用成熟的喷墨工艺简化柔性压力传感器制备流程，利用喷墨技术液体体积可控的优点调控传感器性能，减小了柔性压力传感器制备成本，另外喷墨打印技术可以更灵活的设计喷墨图案，可完成多通道柔性压力传感器的制备，适合大规模生产，利用柔性压力传感器的应用推广。

为了便于对本实施例进行理解，对本发明实施例提供的一种多通道柔性压力传感器进行详细介绍。柔性压力传感器分为三层，电极层为带有导电图案和压敏图案的柔性薄膜，中间层为绝缘胶层，衬底层为带有衬底导电图案和压敏图案的柔性薄膜，柔性薄膜可以选择PET、PDMS或者PI。

在本实例中，利用直写喷墨打印技术实现电极层和衬底层上导电图案、压敏图案的制备，可方便绘制导电图案，形成导电薄膜、压敏薄膜厚度均匀可控，提高了器件性能。

在本实例中，柔性压力传感器导电图案制备过程层中直写喷墨打印技术所用材料为导电水性墨水，例如：纳米银浆。

在本实例中，柔性压力传感器压敏图案制备过程中直写喷墨打印技术所用材料为导电压敏墨水，例如：碳纳米管、银纳米线或PEDOT：PSS为基材的水性墨水。

优选地，所述电极层上的多通道传感图案为双层结构，电极层上每个通道均利用导电性良好的材质(纳米银浆)喷墨打印形成的导电图案，在导电图案传感区域上喷墨打印具有压敏特性的材料，形成导电图案及压敏图案双层结构，电极层引脚数为：通道数。

优选地，所述衬底层上的大面积图案为双层结构，面积稍大与上电极层多通道传感图案整体面积；衬底层上电极层上利用导电性良好的材质(纳米银浆)喷墨打印形成的导电图案，在导电图案传感区域上喷墨打印具有压敏特性的材料，形成导电图案及压敏图案双层结构，衬底层引脚数为：1。

优选的，电极层中每个通道均和衬底层共同组成传感区域，构成多通道传感；电极层通道引线至柔性薄膜边缘，电极层断路引线与衬底层断路引线贴合共同构成衬底层引线。所有引线由电极层伸出部分引出。

在本实例中，还提供了一种高效制备柔性压力传感器的方法，该方法包括：

步骤一：将柔性薄膜进行单层亲水处理(氧气Plasma3mins或PVA溶液旋涂)，便于导电墨水在柔性薄膜上均匀散开；

步骤二：将导电材料超声，实现导电物质的分散均匀，利用直写喷涂打印设备将导电材料均匀的喷涂在亲水处理后的柔性薄膜上，控制直写喷涂打印设备相关参数(例如：速度、液滴量、行程)，烘干后即完成电极层和衬底层的导电图案制备；

步骤三：将压敏材料超声，实现导电物质的分散均匀，利用直写喷涂打印设备将压敏材料均匀的喷涂在具有导电材料的柔性薄膜上，控制直写喷涂打印设备相关参数(例如：速度、液滴量、行程)，烘干后即完成电极层和衬底层的压敏图案制备；

步骤四：将绝缘胶层涂覆至电极层的非传感区域，起到粘合电极层和衬底层的作用，同时保证在柔性压力传感器未受到按压时，电极层和衬底层为断路状态；

步骤五：将电极层和衬底层正对组装，固化胶水，利用冲压方式实现传感器的裁切，完成透明的柔性压力传感器的制备。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。