專利名稱：基于比目魚式電極結(jié)構(gòu)的薄型柔軟壓力傳感器敏感單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到柔軟傳感器制備工藝。
背景技術(shù)：
納米導(dǎo)電高分子復(fù)合材料具有壓阻特性、易加工性和柔韌性。因此，這種材料可以作為薄型柔軟壓力傳感器的敏感材料，可廣泛應(yīng)用于國防、工業(yè)與民用領(lǐng)域。如大型設(shè)備狹小曲面層間壓力監(jiān)測、人工電子皮膚研制等。但目前采用這種敏感材料制作的壓力敏感單元，大多采用三明治結(jié)構(gòu)，即將敏感材料置于兩層金屬電極之間，再利用絕緣薄膜對其進行封裝，因而增加了傳感器敏感單元的復(fù)雜程度，并使其厚度增大。同時，導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的大分子鏈段結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其電阻存在時間依賴性，嚴(yán)重降低了壓力監(jiān)測精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種基于比目魚式電極結(jié)構(gòu)的薄型柔軟壓力傳感器敏感單元的研制方法。利用本發(fā)明提出的方法所研制的薄型柔軟壓力傳感器敏感單元，不但厚度薄、結(jié)構(gòu)簡約、成本低，而且降低了敏感材料電阻時間依賴性對壓力測量精度的不利影響，特別適用于狹小曲面層間壓力監(jiān)測與人工電子皮膚研制。本發(fā)明提出的基于比目魚式電極結(jié)構(gòu)的薄型柔軟壓力傳感器敏感單元研制方法的技術(shù)方案如下(1)、在聚酰亞胺薄膜上覆合一對電極/引線，作為底層封裝薄膜，并將其置于程控升降臺的固定平臺上。O)、將納米導(dǎo)電粉末、室溫硫化硅橡膠和正己烷有機溶劑按一定比例混合，利用機械攪拌和超聲振蕩使納米導(dǎo)電粉末在混合溶液中分散，并在交聯(lián)劑和催化劑的作用下， 形成納米導(dǎo)電粉末/硅橡膠復(fù)合材料膠狀粘稠物。(3)、將步驟( 中制備的膠狀粘稠物均勻地涂覆在步驟(1)中制備的底層封裝薄膜上，通過微機控制固定于程控升降臺可動平臺上的光滑剛性平板向下移動，將膠狀物擠壓為所需厚度。(4)、膠狀物硫化成型后，形成壓敏薄膜，與底層封裝薄膜良好地粘接在一起。將壓敏薄膜修剪為所需尺寸，使電極被壓敏薄膜完全覆蓋，并位于壓敏薄膜的端側(cè)。(5)、在步驟(4)制備的壓敏薄膜/底層封裝薄膜上涂覆熱固膠，其中，底層封裝薄膜上的引線端側(cè)區(qū)域不涂膠，用于與后續(xù)電路連接，其尺寸與后續(xù)接口裝置相匹配。(6)、將另一層未覆合電極/引線的聚酰亞胺薄膜作為頂層封裝薄膜覆蓋在步驟 (5)中制備的涂有熱固膠的壓敏材料/聚酰亞胺薄膜之上，并保持底層封裝薄膜上用于與后續(xù)電路連接的引線部分不被覆蓋，用柔性材料封裝機進行熱壓封裝，完成敏感單元的制備。本發(fā)明的特點及效果(1)、本發(fā)明提出的基于比目魚式電極結(jié)構(gòu)的薄型柔軟壓力傳感器敏感單元的研制方法，輸出信號由敏感材料的同一側(cè)引出，從而降低了輸出信號的時間依賴性，進而減小了傳統(tǒng)三明治結(jié)構(gòu)敏感單元的電阻時間依賴性對壓力測量精度的不利影響。(2)、本發(fā)明提出的基于比目魚式電極結(jié)構(gòu)的薄型柔軟壓力傳感器敏感單元的研制方法，將兩個電極/引線設(shè)置在壓敏材料的同一側(cè)，形成比目魚式結(jié)構(gòu)，不但降低了敏感單元結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，而且減小了敏感單元的厚度。


圖1為基于比目魚式電極結(jié)構(gòu)的薄型柔軟壓力傳感器敏感單元制備流程示意圖。1代表底層聚酰亞胺薄膜，2代表覆合在底層聚酰亞胺薄膜上的一對銅箔電極，3 代表覆合在底層聚酰亞胺薄膜上的一對引線，4代表未硫化成型的復(fù)合材料，5代表已硫化成型并經(jīng)修剪的壓敏薄膜，6代表熱固膠，7代表頂層聚酰亞胺薄膜。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例說明本發(fā)明提出的基于比目魚式電極結(jié)構(gòu)的薄型柔軟壓力傳感器敏感單元研制方法(1)、將銅箔電極2和相應(yīng)的引線3覆合在底層聚酰亞胺薄膜1之上，并將其置于程控升降臺的固定平臺上，如圖1(1)所示。(2)、將納米導(dǎo)電粉末、室溫硫化硅橡膠和有機溶劑按一定比例混合，利用機械攪拌和超聲振蕩使納米導(dǎo)電粉末在混合溶液中分散，并在交聯(lián)劑和催化劑的作用下，形成納米導(dǎo)電粉末/硅橡膠復(fù)合材料膠狀粘稠物4。(3)、將膠狀粘稠物4均勻地涂覆在步驟(1)中制備的覆合有電極與引線的聚酰亞胺薄膜1上，通過微機控制固定于程控升降臺可動平臺上的光滑剛性平板向下移動，將膠狀物擠壓為所需厚度，其剖面圖如圖1(2)所示。(4)、膠狀物4硫化成型后，形成壓敏薄膜5，與電極2與聚酰亞胺薄膜1良好地粘接在一起，將硫化成型后的壓敏薄膜修剪為所需尺寸，使電極2被壓敏薄膜完全覆蓋，并位于壓敏薄膜5的端側(cè)，如圖1(3)所示。(5)、在步驟(4)制備的壓敏薄膜/底層封裝薄膜上涂覆熱固膠6，其中，底層封裝薄膜上的引線端側(cè)區(qū)域不涂膠，用于與后續(xù)電路連接，其尺寸與后續(xù)接口裝置相匹配。(6)、將另一層未覆合電極/引線的聚酰亞胺薄膜7作為頂層封裝薄膜覆蓋在步驟 (5)中制備的涂有熱固膠的壓敏材料/聚酰亞胺薄膜之上，并保持底層封裝薄膜上用于與后續(xù)電路連接的引線部分不被覆蓋，其剖面圖如圖1(4)所示，用柔性材料封裝機進行熱壓封裝，完成敏感單元的制備，其俯視圖如圖1(5)所示。實施例1(1)、將直徑為5毫米的圓形銅箔電極和長度為9厘米的引線覆合在底層聚酰亞胺薄膜之上，并將其置于程控升降臺的固定平臺上。(2)、將長徑比為300的多壁碳納米管、室溫硫化硅橡膠和有機溶劑按 1 20 800的體積比混合，利用機械攪拌和超聲振蕩使納米導(dǎo)電粉末在混合溶液中分散， 并在正硅酸乙酯和二月桂酸二丁基錫的作用下，形成多壁碳納米管/硅橡膠復(fù)合材料膠狀粘稠物。
(3)、將膠狀粘稠物均勻地涂覆在步驟(1)中制備的覆合有電極與引線的聚酰亞胺薄膜上，通過微機控制固定于程控升降臺可動平臺上的光滑剛性平板向下移動，將膠狀物擠壓為40微米的薄膜。(4)、膠狀物硫化成型后，形成柔軟壓敏薄膜，與電極及聚酰亞胺薄膜之間良好地粘接在一起，將硫化成型后的壓敏薄膜修剪為所需尺寸，使電極被復(fù)合材料薄膜完全覆蓋， 并位于壓敏薄膜的端側(cè)。(5)、在步驟(4)制備的壓敏薄膜/底層封裝薄膜上涂覆熱固膠，其中，底層封裝薄膜上的引線端側(cè)區(qū)域不涂膠，用于與后續(xù)電路連接，其尺寸與后續(xù)接口裝置相匹配。(6)、將另一層未覆合電極/引線的聚酰亞胺薄膜覆蓋在步驟(5)中制備的壓敏材料/聚酰亞胺薄膜之上，并保持底層封裝薄膜上用于與后續(xù)電路連接的引線部分不被覆蓋，用柔性材料封裝機進行熱壓封裝，完成敏感單元的制備。實施例2(1)、將直徑為6毫米的圓形銅箔電極和長度為8厘米的引線覆合在底層聚酰亞胺薄膜之上，并將其置于程控升降臺的固定平臺上備用。O)、將粒徑為20納米的炭黑、室溫硫化硅橡膠和有機溶劑按1 16 960的體積比混合，利用機械攪拌和超聲振蕩使納米導(dǎo)電粉末在混合溶液中分散，并在正硅酸乙酯和二月桂酸二丁基錫的作用下，形成多壁碳納米管/硅橡膠復(fù)合材料膠狀粘稠物。(3)、將膠狀粘稠物均勻地涂覆在步驟(1)中制備的覆合有電極與引線的聚酰亞胺薄膜上，通過微機控制固定于程控升降臺可動平臺上的光滑剛性平板向下移動，將膠狀物擠壓為45微米的薄膜。(4)、膠狀物硫化成型后，形成柔軟壓敏薄膜，與電極及聚酰亞胺薄膜之間良好地粘接在一起，將硫化成型后的壓敏薄膜修剪為所需尺寸，使電極被復(fù)合材料薄膜完全覆蓋， 并位于壓敏薄膜的端側(cè)。(5)、在步驟(4)制備的壓敏薄膜/底層封裝薄膜上涂覆熱固膠，其中，底層封裝薄膜上的引線端側(cè)區(qū)域不涂膠，用于與后續(xù)電路連接，其尺寸與后續(xù)接口裝置相匹配。(6)、將另一層未覆合電極/引線的聚酰亞胺薄膜覆蓋在步驟(5)中制備的壓敏材料/聚酰亞胺薄膜之上，并保持底層封裝薄膜上用于與后續(xù)電路連接的引線部分不被覆蓋，用柔性材料封裝機進行熱壓封裝，完成敏感單元的制備。實施例3(1)、將直徑為3毫米的圓形銅箔電極和長度為10厘米的引線覆合在底層聚酰亞胺薄膜之上，并將其置于程控升降臺的固定平臺上備用。O)、將長徑比為200的多壁碳納米管、室溫硫化硅橡膠和有機溶劑按 1 12 600的體積比混合，利用機械攪拌和超聲振蕩使納米導(dǎo)電粉末在混合溶液中分散， 并在正硅酸乙酯和二月桂酸二丁基錫的作用下，形成多壁碳納米管/硅橡膠復(fù)合材料膠狀粘稠物。(3)、將膠狀粘稠物均勻地涂覆在步驟(1)中制備的覆合有電極與引線的聚酰亞胺薄膜上，通過微機控制固定于程控升降臺可動平臺上的光滑剛性平板向下移動，將膠狀物擠壓為30微米的薄膜。(4)、膠狀物硫化成型后，形成柔軟壓敏薄膜，與電極及聚酰亞胺薄膜之間良好地粘接在一起，將硫化成型后的壓敏薄膜修剪為所需尺寸，使電極被復(fù)合材料薄膜完全覆蓋， 并位于壓敏薄膜的端側(cè)。(5)、在步驟(4)制備的壓敏薄膜/底層封裝薄膜上涂覆熱固膠，其中，底層封裝薄膜上的引線端側(cè)區(qū)域不涂膠，用于與后續(xù)電路連接，其尺寸與后續(xù)接口裝置相匹配。(6)、將另一層未覆合電極/引線的聚酰亞胺薄膜覆蓋在步驟(5)中制備的壓敏材料/聚酰亞胺薄膜之上，并保持底層封裝薄膜上用于與后續(xù)電路連接的引線部分不被覆蓋，用柔性材料封裝機進行熱壓封裝，完成敏感單元的制備。
權(quán)利要求
1.一種基于比目魚式電極結(jié)構(gòu)的薄型柔軟壓力傳感器敏感單元，其特征在于，該敏感單元包括頂層封裝薄膜、底層封裝薄膜和位于中間的壓敏薄膜，頂層封裝薄膜采用聚酰亞胺材料，壓敏薄膜采用納米導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，底層封裝薄膜為覆合有一對電極/引線的聚酰亞胺薄膜。兩個電極/引線均位于壓敏薄膜的同一側(cè)，形成比目魚式電極結(jié)構(gòu)。
2.制備如權(quán)利要求1所述的基于比目魚式電極結(jié)構(gòu)的薄型柔軟壓力傳感器敏感單元的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)、在聚酰亞胺薄膜上覆合一對電極/引線，作為底層封裝薄膜，并將其置于程控升降臺的固定平臺上。(2)、將納米導(dǎo)電粉末、室溫硫化硅橡膠和正己烷有機溶劑按一定比例混合，利用機械攪拌和超聲振蕩使納米導(dǎo)電粉末在混合溶液中分散，并在交聯(lián)劑和催化劑的作用下，形成納米導(dǎo)電粉末/硅橡膠復(fù)合材料膠狀粘稠物。(3)、將步驟(2)中制備的膠狀粘稠物均勻地涂覆在步驟(1)中制備的底層封裝薄膜上，通過微機控制固定于程控升降臺可動平臺上的光滑剛性平板向下移動，將膠狀物擠壓為所需厚度。(4)、膠狀物硫化成型后，形成壓敏薄膜，與底層封裝薄膜良好地粘接在一起，將壓敏薄膜修剪為所需尺寸，使電極被壓敏薄膜完全覆蓋，并位于壓敏薄膜的端側(cè)。(5)、在步驟(4)制備的壓敏薄膜/底層封裝薄膜上涂覆熱固膠，其中，底層封裝薄膜上的引線端側(cè)區(qū)域不涂膠，用于與后續(xù)電路連接，其尺寸與后續(xù)接口裝置相匹配。(6)、將另一層未覆合電極/引線的聚酰亞胺薄膜作為頂層封裝薄膜覆蓋在步驟(5)中制備的涂有熱固膠的壓敏材料/聚酰亞胺薄膜之上，并保持底層封裝薄膜上用于與后續(xù)電路連接的引線部分不被覆蓋，用柔性材料封裝機進行熱壓封裝，完成敏感單元的制備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種比目魚式電極結(jié)構(gòu)的薄型柔軟壓力傳感器敏感單元，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。該敏感單元包括頂層封裝薄膜、底層封裝薄膜和位于中間的壓敏薄膜。頂層封裝薄膜采用聚酰亞胺材料，壓敏薄膜采用納米導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，底層封裝薄膜為覆合有一對電極/引線的聚酰亞胺薄膜，兩個電極/引線均位于壓敏薄膜的同一側(cè)，形成比目魚式電極結(jié)構(gòu)。利用本發(fā)明提出的方法研制的壓敏單元，具有厚度薄、結(jié)構(gòu)簡約、成本低等優(yōu)點。而且，由于在敏感材料的同側(cè)引出信號，減小了壓敏單元輸出信號的時間依賴性，因而降低了其對測量精度的不利影響，特別適用于國防與工業(yè)設(shè)備狹小曲面層間壓力監(jiān)測與人工電子皮膚研制等領(lǐng)域。
文檔編號G01L1/18GK102419226SQ201110262598
公開日2012年4月18日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者李艷玲, 王璐珩, 王雪婷 申請人:東北大學(xué)