一种高宽容度柔性薄膜压力传感器及其制作工艺的制作方法

1.本发明属于压力传感器技术领域，具体涉及一种高宽容度柔性薄膜压力传感器及其制作工艺。


背景技术：

2.压力传感器是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置，压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成，按不同的测试压力类型，压力传感器可分为表压传感器、差压传感器和绝压传感器，压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。
3.目前比较成熟的压力传感器大部分是基于硬质基材制作的，在很多柔性应用场景非常局限，现有柔性薄膜压力传感器由于要兼顾柔性和灵敏度，无法适用较大的动态范围，并且无法检测较小的压力变化，无法适应不同应用场景。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种高宽容度柔性薄膜压力传感器及其制作工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高宽容度柔性薄膜压力传感器，包括上电极，和下电极，所述下电极位于上电极的下方，且下电极与上电极之间设置有压感油墨层，所述下电极位于上电极之间靠近压感油墨层的一侧安装有弹性调节结构，所述弹性调节结构的两端分别与下电极与上电极接触。
6.优选的，所述上电极包括第一绝缘层和第一电极镂空区，所述第一绝缘层位于第一电极镂空区的一侧。
7.优选的，所述下电极包括子传感器、第二绝缘层和第二电极镂空区，所述第二绝缘层位于子传感器和第二电极镂空区之间。
8.优选的，所述子传感器包括子传感器c、子传感器a、子传感器d和子传感器b，所述子传感器d位于子传感器b的下方，所述子传感器c位于子传感器a的下方。
9.优选的，所述子传感器a的最小启动压强：1-5pa，饱和压强：1000pa，电阻范围：10^5-10^6欧。
10.优选的，所述子传感器b的最小启动压强：100-300pa，饱和压强：10^5pa，电阻范围：10^4-10^5欧。
11.优选的，所述子传感器c的最小启动压强：1000-3000pa，饱和压强：10^6pa，电阻范围：10^3-10^4欧。
12.优选的，所述子传感器d的最小启动压强：1-2*10^4pa，饱和压强：10^6pa，电阻范围：10^2-10^3欧。
13.优选的，所述子传感器c、子传感器a、子传感器d和子传感器b并联。
14.一种高宽容度柔性薄膜压力传感器制作工艺，包括：
15.s1：将碳黑5-10份、碳纳米管2-5份、石墨烯3-8份、聚氨酯树脂20-50份、封闭异氰酸酯固化剂10-20份、纳米氧化硅2-8份、凹凸棒土3-8份、分散剂10-25份、流平剂2份、消泡剂1份和dbe溶剂50-80份以一定比例混合，形成压感油墨；
16.s2：将集成电路印刷至上电极和下电极上；
17.s3：将第一绝缘层和第二绝缘层分别安装至上电极和下电极上；
18.s4：将弹性调节结构安装于上电极和下电极之间；
19.s5：将压感油墨印刷至上电极和下电极之间。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.本发明可以实现在不同压强作用下电阻发生变化，通过碳黑，碳纳米管，石墨烯不同形态的碳材料构建立体到点网络，真正做到点、线、面结合优化，通过调节碳材料含量可以调节电阻值，调节树脂种类以及含量和固化剂用量可以调节压感范围，不仅可以用于硬性使用场景，也可以用于柔性应用场景，可以适用于较大的动态范围，可以检测较小的压力变化，可以适应不同应用场景。
附图说明
22.图1为本发明的结构示意图；
23.图2为本发明上电极的结构示意图；
24.图3为本发明下电极的结构示意图；
25.图4为本发明弹性调节结构的结构示意图之一；
26.图5为本发明弹性调节结构的结构示意图之二；
27.图6为本发明实施例三的流程图；
28.图中：1、上电极；2、压感油墨层；3、弹性调节结构；4、下电极；5、压力传感器主体；11、第一绝缘层；12、第一电极镂空区；31、弹簧；32、第一连接片；33、弹簧片；34、第二连接片；41、子传感器c；42、子传感器a；43、子传感器d；44、子传感器b；45、第二绝缘层；46、第二电极镂空区；47、子传感器。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.请参阅图1-图6所示，本发明提供如下技术方案：
31.实施例一：一种高宽容度柔性薄膜压力传感器，包括上电极1，和下电极4，下电极4位于上电极1的下方，且下电极4与上电极1之间设置有压感油墨层2，下电极4位于上电极1之间靠近压感油墨层2的一侧安装有弹性调节结构3，弹性调节结构3的两端分别与下电极4与上电极1接触，通过压感油墨层2配合，可以实现高宽容度，可以适应各种应用场景。
32.弹性调节结构3包括弹簧31，弹簧31的两端均安装有第一连接片32，通过两个第一连接片32分别与下电极4与上电极1接触，让装置可以依据不同膜厚和硬度调节不同的密
度，既可以适用于超薄柔软的结构，也能够兼容传统偏硬偏厚的结构。
33.进一步的，上电极1包括第一绝缘层11和第一电极镂空区12，第一绝缘层11位于第一电极镂空区12的一侧。
34.进一步的，下电极4包括子传感器47、第二绝缘层45和第二电极镂空区46，第二绝缘层45位于子传感器47和第二电极镂空区46之间。
35.进一步的，子传感器47包括子传感器c41、子传感器a42、子传感器d43和子传感器b44，子传感器d43位于子传感器b44的下方，子传感器c41位于子传感器a42的下方。
36.进一步的，子传感器a42的最小启动压强：1-5pa，饱和压强：1000pa，电阻范围：10^5-10^6欧，子传感器b44的最小启动压强：100-300pa，饱和压强：10^5pa，电阻范围：10^4-10^5欧，子传感器c41的最小启动压强：1000-3000pa，饱和压强：10^6pa，电阻范围：10^3-10^4欧，子传感器d43的最小启动压强：1-2*10^4pa，饱和压强：10^6pa，电阻范围：10^2-10^3欧，子传感器c41、子传感器a42、子传感器d43和子传感器b44并联。
37.实施例二：
38.实施例一：一种高宽容度柔性薄膜压力传感器，包括上电极1，和下电极4，下电极4位于上电极1的下方，且下电极4与上电极1之间设置有压感油墨层2，下电极4位于上电极1之间靠近压感油墨层2的一侧安装有弹性调节结构3，弹性调节结构3的两端分别与下电极4与上电极1接触。
39.弹性调节结构3包括两个对称设置的弹簧片34，两个弹簧片34的两端之间均安装有第二连接片33，通过两个第二连接片33分别与下电极4与上电极1接触，让装置可以依据不同膜厚和硬度调节不同的密度，既可以适用于超薄柔软的结构，也能够兼容传统偏硬偏厚的结构。
40.进一步的，上电极1包括第一绝缘层11和第一电极镂空区12，第一绝缘层11位于第一电极镂空区12的一侧。
41.进一步的，下电极4包括子传感器47、第二绝缘层45和第二电极镂空区46，第二绝缘层45位于子传感器47和第二电极镂空区46之间。
42.进一步的，子传感器47包括子传感器c41、子传感器a42、子传感器d43和子传感器b44，子传感器d43位于子传感器b44的下方，子传感器c41位于子传感器a42的下方。
43.进一步的，子传感器a42的最小启动压强：1-5pa，饱和压强：1000pa，电阻范围：10^5-10^6欧，子传感器b44的最小启动压强：100-300pa，饱和压强：10^5pa，电阻范围：10^4-10^5欧，子传感器c41的最小启动压强：1000-3000pa，饱和压强：10^6pa，电阻范围：10^3-10^4欧，子传感器d43的最小启动压强：1-2*10^4pa，饱和压强：10^6pa，电阻范围：10^2-10^3欧，子传感器c41、子传感器a42、子传感器d43和子传感器b44并联。
44.实施例三：
45.一种高宽容度柔性薄膜压力传感器制作工艺，包括：
46.s1：将碳黑5-10份(调节电阻，降低渗流阈值，添加越多电阻越低)、碳纳米管2-5份(调节电阻的同时改善机械强度，提升模量)、石墨烯3-8份(调节电阻，提升阻隔特性，提升可靠性)、聚氨酯树脂20-50份(提供弹性树脂，在一定形变后可以恢复，通过其形变调节导电填料的导通状态，按压形变后，电阻降低，恢复后电阻增加至初始状态)、封闭异氰酸酯固化剂10-20份(树脂固化剂，固化后树脂硬度增加，韧性增强，并提升高温高湿等老化特性)、
纳米氧化硅2-8份(调节浆料粘度，防沉降，引入空隙结构，提升压感范围)、凹凸棒土3-8份(改善韧性，防沉)、分散剂10-25份(分散碳黑等填料在树脂中)、流平剂2份(改善油墨流平状态)、消泡剂1份(消除生产过程和使用过程造成的气泡)和dbe溶剂50-80份(溶解树脂，印刷中起到慢干防干网作用)以一定比例混合，形成压感油墨；
47.s2：将集成电路印刷至上电极和下电极上；
48.s3：将第一绝缘层和第二绝缘层分别安装至上电极和下电极上；
49.s4：将弹性调节结构安装于上电极和下电极之间；
50.s5：将压感油墨印刷至上电极和下电极之间。
51.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
52.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。