一种点阵型柔性压力分布传感器及其制备方法
专利名称一种点阵型柔性压力分布传感器及其制备方法
技术领域本发明涉及一种压力分布传感器及其制备方法，尤其是一种点阵型柔性压力分布传感器及其制备方法，属于压力分布传感器的技术领域。
背景技术接触应力研究作为工程和力学的热门课题，国内外的学者们对两物体表面的柔性和刚性接触，尤其是在接触面上的每一个细小的接触点和细微的应力效应进行了一些艰苦的探讨，并得到很多理论分析成果，理论分析成果包括专利文献。尽管上述专利等理论分析似乎很有依据，但是定量地应用于实际问题存在着较大的难度。国外于20世纪80年代开始对检测接触点和区域、接触截面形状、压力分布的触觉阵列进行研究，研制出了能检测对象形状、尺寸、有无、位置、作用温度的传感器。90年代发展到了高密度多阵列，柔性材料也成为了重要的研究方面。近年来已从单纯的传感器设计研制发展成为对涉及触觉传感、控制、信息处理等较复杂的系统及其过程的研究，并在传感器柔性力敏材料、新型制造工艺和多功能传感器的研究等方面取得了较大进展。Dargahi 等利用硅条和PVDF (聚偏氟乙烯)膜构成的夹层构造研制了一种用于腹腔镜外科的微加工压电触觉传感器。Gray等用表面微机械加工技术研究了具有高分辨率的微触觉传感器阵列。Harris等对富士测压薄膜(Fuji pressure sensitive film)进行了研究，结果表明 富士测压薄膜具有方便及可接受的精度，成为测量关节表面接触面积及应力普遍使用的工具。但富士测压薄膜的生物力学的测量误差达到10% 15%，并且不能进行数据的实时测量和分析。美国Tekscan公司研制出一种快速、精确、高效、直观的压力分布测量系统。其独特之处在于其专利技术——柔性薄膜网格传感器。Tekscan生产接触力、压力测量系统，包括数据采集系统、带有数据显示的分析软件、压力或力传感器。测量系统的核心是其取得专利的接触力传感器，它是一种基于矩阵的压力传感器。国内的一些产品如数字跑鞋、足蹬压力检测分析仪、步伐敏捷度测试仪和数字跑道单元模板；类似这些产品，大都采用柔性硅橡胶、导电橡胶等材料作为传感器阵列的力敏电阻单元，在每平方厘米上阵列的传感器数量有限，测量的精确不高。在工艺上，采用柔性阵列传感器和塑胶材料复合成型的传统制作工艺，主要是将一些材料采用机械搅拌，均勻涂抹，生产工艺比较落后。其中代表能反映压敏感应的如炭黑等材料理论上说具有团聚性， 在经过机械搅拌后的复合物在整个接触面上的炭黑分子浓度分布不均，均勻性较差，实际上压力和电阻率关系呈现的弯曲度很大的一条曲线也反映了这种局限的存在。特别地，如应用到如牙科诊断用的牙齿咬合力检测、应用到与人体皮肤接触的一些医学检验、以及应用到符合人体工程学的一些生物应用领域，这些类型的传感器目前尚在专利和实验范围。如专利申请CNA公开文本中叙述了采用碳纳米管的压力传感器，其结构是在衬垫中嵌入碳纳米管复合物，采用源极、漏极和栅极三个电极来感知受到压力时出现电阻率变化情况，这种结构工艺复杂，实用性较差。
综上所述，研发一种广泛应用于接触式测量、无损检测、机器人、生物力学等领域的新型传感器，可对任意2个柔性或柔/刚接触面表面作用力的分布进行检测。它不仅具有普通阵列式传感器的优点，还具有良好的柔韧性，可以自由弯曲甚至折叠，能够方便地对复杂表面形状的零件进行检测，是当前压力传感器领域研究的一个方向。
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种点阵型柔性压力分布传感器及其制备方法，其结构紧凑，检测精度高，能适应复杂表面的检测要求，适应范围广，安全可靠。按照本发明提供的技术方案，所述点阵型柔性压力分布传感器，包括第一柔性衬底及位于所述第一柔性衬底下方的第二柔性衬底，第一柔性衬底上设置若干均勻分布的行电极，所述行电极上覆盖有电连接的行电极力敏油墨，第一柔性衬底上对应于设置行电极的另一端设有行引出电极，所述行引出电极与行电极相匹配并电连接；
第二柔性衬底上设置若干均勻分布的列电极，所述列电极上覆盖有电连接的列电极力敏油墨，第二柔性衬底对应于设置列电极的另一端设有列引出电极，所述列引出电极与列电极相匹配并电连接；
第一柔性衬底对应设置行引出电极的一端与第二柔性衬底对应设置列引出电极的一端绝缘后粘结固定，且使得行电极与列电极间呈纵横交错分布，行电极通过行电极力敏油墨与列电极的列电极力敏油墨相接触。所述行电极力敏油墨的材料包括油墨溶剂、油墨粘合剂及导电纳米粒子；列电极力敏油墨与行电极力敏油墨的材料组份设置一致。所述油墨溶剂与油墨粘合剂的质量比为1. 5飞1 ；油墨粘合剂与导电纳米粒子的质量比为5 15 1 ；油墨溶剂为2-丁酮、乙二醇醚、四氢呋喃中的一种或几种；油墨粘合剂为聚丙烯粘合剂、天然或人工合成橡胶粘合剂、环氧树脂粘合剂、硅橡胶粘合剂中的一种或几种，导电纳米粒子的直径为广lOOOnm，导电纳米粒子为碳粉、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种。所述油墨溶剂与油墨粘合剂的质量比为1.纩3:1 ；导电纳米粒子的直径为 15 50nmo所述第一柔性衬底对应设置行引出电极的端部设有用于将行引出电极引出的第一挖除区，所述第一挖除区贯通第一柔性衬底；第二柔性衬底对应设置列引出电极的端部设有用于将列引出电极引出的第二挖除区，所述第二挖除区贯通第二柔性衬底。所述第一柔性衬底与第二柔性衬底通过印刷UV油墨并固化后绝缘粘结固定。所述行电极力敏油墨印刷覆盖于相应的行电极上，且相邻的行电极间形成第一凹坑，所述第一凹坑的深度从行电极对应印刷行电极力敏油墨的表面延伸到第一柔性衬底表面；所述列电极力敏油墨覆盖于相应的列电极上，且相邻的列电极间形成第二凹坑，所述第二凹坑的深度从列电极对应印刷列电极力敏油墨的表面延伸到第二柔性衬底的表面。所述行电极力敏油墨印刷覆盖于相应的行电极上，且相邻的行电极间形成第一凹坑，所述第一凹坑的深度从行电极对应印刷行电极力敏油墨的表面延伸到第一柔性衬底表面；所述列电极力敏油墨覆盖于相应的列电极上，并覆盖于相邻列电极间的第二柔性衬底，以在第二柔性衬底上形成列力敏油墨接触平面。所述行电极力敏油墨印刷覆盖于相应的行电极上，并印刷覆盖于相邻行电极间的第一柔性衬底上，以在第一柔性衬底上形成行力敏油墨接触平面；所述列电极力敏油墨印刷覆盖于相应的列电极上，并印刷覆盖于相邻列电极间的第二柔性衬底，以在第二柔性衬底上形成列力敏油墨接触平面。一种点阵型柔性压力分布传感器的制备方法，所述压力分布传感器的制备方法包括如下步骤
a、提供柔性衬底材料，所述柔性衬底材料包括相互连接的第一柔性衬底及第二柔性衬
b、在上述柔性衬底材料上通过丝网印刷得到所需第一柔性衬底及第二柔性衬底对应的器件边框；
C、在上述第一柔性衬底通过丝网印刷分别得到行电极、行引出电极线、行引出电极及第一挖除区边框，行电极位于第一柔性衬底的第一传感区；并在第二柔性衬底上通过丝网印刷分别得到列电极、列引出电极线、列引出电极及第二挖除区边框，且在第一柔性衬底与第二柔性衬底的结合部印刷得到裁剪线；列电极位于第二柔性衬底的第二传感区；
d、在第一传感区及第二传感区上印刷所需的力敏油墨，得到覆盖行电极的行电极力敏油墨及覆盖列电极的列电极力敏油墨；
e、沿第一挖除区边框挖除第一柔性衬底的衬底材料，形成第一挖除区，并沿第二挖除区边框挖除第二柔性衬底的衬底材料，形成第二挖除区；
f、在上述第一柔性衬底上对应的行电极引出区印刷UV油墨，并使得行引出电极裸露; 同时，在第二柔性衬底上对应的列电极引出区印刷UV油墨，并使得列引出电极裸露；
g、利用UV灯使得上述印刷后的UV油墨进行初步固化；
h、在上述第一柔性衬底上对应第一传感区及行电极引出区外的区域再次印刷UV油墨，并在第二柔性衬底上对应第二传感区及列电极引出区外的区域再次印刷UV油墨；
i、将上述第一柔性衬底与第二柔性衬底沿裁剪线翻转，并使得第一柔性衬底与第二柔性衬底对应印刷UV油墨的表面相接触，并再利用UV灯使得第一柔性衬底与第二柔性衬底通过UV油墨绝缘后粘结固定；
j、沿器件边框及裁剪线对柔性衬底材料进行裁剪，得到所需的压力分布传感器。本发明的优点第一柔性衬底与第二柔性衬底对应分布，第一柔性衬底上设置若干均勻分布的行电极，第二柔性衬底上设置若干均勻分布的列电极，行电极上覆盖行电极力敏油墨，列电极上覆盖列电极力敏油墨；行电极通过行电极引出电极向外引出，列电极通过列电极引出电极向外引出；第一柔性衬底与第二柔性衬底通过UV油墨绝缘后粘结固定， 并使得行电极力敏油墨与列电极力敏油墨相接触，形成点阵型柔性压力分布传感器；相比 Tekscan的使用绝缘油墨加胶水的工艺，UV油墨可以同时达到2种效果，并且制造出更薄的传感器；当有外部作用力时，行电极力敏油墨、列电极力敏油墨产生的形变信息分别通过行电极、列电极向外输出，通过相应的测量电路能够确定压力分布，结构紧凑，检测精度高，能适应复杂表面的检测要求，适应范围广，安全可靠。
图1为本发明形成行电极与列电极后的结构示意图。图2为本发明印刷银浆得到所需的传感区及引出电极后的结构示意图。图3为印刷力敏油墨后的结构示意图。图4为本发明在行引出电极区域列引出电极区印刷UV油墨后的结构示意图。图5为本发明在第一传感区及第二传感区外的区域印刷UV油墨后的结构示意图。图6为本发明得到第一种行电极力敏油墨与列电极力敏油墨配合的结构示意图。图7为本发明得到第二中行电极力敏油墨与列电极力敏油墨配合的结构示意图。图8为本发明得到第三种行电极力敏油墨与列电极力敏油墨配合的结构示意图。附图标记说明11a-第一传感区、lib-第二传感区、12a-行电极引出区、12b-列电极引出区、13a-第一挖除区、1 -第二挖除区、22a-行引出电极线、22b_列引出电极线、 23a-行引出电极、23b-列引出电极、24-器件边框、25a_第一挖除区边框、25b_第二挖除区边框、3Ia-第一柔性衬底、3Ib-第二柔性衬底、35-行电极、36-列电极、40-裁剪线、74-行电极力敏油墨、75-列电极力敏油墨、81-第一凹坑、82-第二凹坑、91-行力敏油墨接触平面及92-列力敏油墨接触平面。
具体实施例方式下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。如图6所示为了能够精确测量压力分布，所述压力分布传感器包括第一柔性衬底31a及位于所述第一柔性衬底31a下方的第二柔性衬底31b，所述第一柔性衬底31a与第二柔性衬底31b的形状相一致。第一柔性衬底31a与第二柔性衬底31b的材料选用PET聚酯薄膜(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，当第一柔性衬底31a与第二柔性衬底31b采用PET聚酯薄膜时，需要对聚酯薄膜进行电晕处理，且所述PET聚酯薄膜的电晕值必须得到42、6mN/当PET聚酯薄膜经过上述电晕后能够提高对油墨的粘附力，改进PET聚酯薄膜的适应性。
所述第一柔性衬底31a上设有若干均勻分布的行电极35，所述行电极35通过行电极引出线2 与第一柔性衬底31a另一端的行引出电极23a电连接；行电极35上覆盖有行电极力敏油墨74，且相邻的行电极35间对应的第一柔性衬底31a上没有覆盖行电极力敏油墨74，在相邻行电极35间形成第一凹坑81，所述第一凹坑81的深度与行电极35覆盖行电极力敏油墨74后的表面到第一柔性衬底31a的高度相一致。第一柔性衬底31a对应设置行引出电极23a的一端设有第一挖除区13a，所述第一挖除区13a贯通第一柔性衬底31a， 当第一柔性衬底31a上设置第一挖除区13a后，能够将列引出电极23b引出后与外部电路相连。同时，第二柔性衬底31b上设有若干均勻分布的列电极36，所述列电极36通过列电极引出线22b与第二柔性衬底31b另一端的列引出电极23b电连接。列电极36上覆盖有列电极力敏油墨75，且相邻的列电极36间对应的第二柔性衬底31b上没有覆盖列电极力敏油墨75，从而在相邻的列电极36间形成第二凹坑82，所述第二凹坑82的深度与列电极36覆盖列电极力敏油墨75后的表面到第二柔性衬底31b的高度相一致。第二柔性衬底 31b对应设置列引出电极23b的一端设有第二挖除区13b，所述第二挖除区1 贯通第二柔性衬底31b，通过第二挖除区1 能将行引出电极23a引出后与外部电路相连。第一柔性衬底31a对应设置行引出电极23a的一端与第二柔性衬底31b对应设置列引出电极23b的一端绝缘后粘结固定；当第一柔性衬底31a与第二柔性衬底31b相应的一端绝缘粘结固定后，第一柔性衬底31a上的行电极35与第二柔性衬底31b上的列电极36 呈纵横交错分布，且行电极35通过行电极力敏油墨74与列电极36上的列电极力敏油墨75 相接触连接。行电极力敏油墨74与列电极力敏油墨75为压力传感器的压力敏感元件，行电极力敏油墨74与行电极35电连接，列电极力敏油墨75与列电极36电连接。作为压力敏感元件的行电极力敏油墨74及列电极力敏油墨75在有外力作用下变形时，相应的电阻值改变，通过行引出电极23a和列引出电极23b能够将相应的形变信号输出。当第一柔性衬底 31a与第二柔性衬底31b上设置若干上述结构时，能够检测得到相应的压力分布。为实现上述压力检测功能，所述行电极力敏油墨74与列电极力敏油墨75采用相应的材料及工艺制备。行电极力敏油墨74及列电极力敏油墨75包括油墨溶剂、油墨粘合剂及导电纳米粒子，所述油墨溶剂与油墨粘合剂的质量比为1.5飞1 ；油墨粘合剂与导电纳米粒子的质量比为5 15 1 ；油墨溶剂为2-丁酮、乙二醇醚、四氢呋喃中的一种或几种； 油墨粘合剂为聚丙烯粘合剂、天然或人工合成橡胶粘合剂、环氧树脂粘合剂、硅橡胶粘合剂中的一种或几种，导电纳米粒子的直径为广lOOOnm，导电纳米粒子为碳粉、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种。所述油墨溶剂与油墨粘合剂的质量比最好为1.8 3 1 ；导电纳米粒子的直径最好为15 50nm。行电极力敏油墨74与列电极力敏油墨75的厚度一般为5 10微米。行电极35、列电极36、行电极引出线22a、行引出电极23a、列电极引出线22b及列引出电极2 均为通过银浆印刷获得，所述银浆印刷的厚度一般为Γ10微米。如图7所示图中示出了行电极力敏油墨74与列电极力敏油墨75相应配合的另一种结构。图7中除行电极力敏油墨74与列电极力敏油墨75配合形式不同外，第一柔性衬底31a与第二柔性衬底31b上其余设置均与图6中的结构相一致。图7中，列电极力敏油墨75不仅覆盖于列电极36上，还印刷覆盖于相邻列电极36间的第二柔性衬底31b上， 从而在第二柔性衬底31b上形成列力敏油墨接触平面92，即在第二凹坑82内也填充列电极力敏油墨75 ；列电极36通过列力敏油墨接触平面92与行电极力敏油墨74相连。采用图7 中的设置后，同样能够检测压力分布。如图8所示图中示出了行电极力敏油墨74与列电极力敏油墨75相对配合的第三种结构。图8中除了行电极力敏油墨74与列电极力敏油墨75配合形式不同外，第一柔性衬底31a与第二柔性衬底31b上的其余对应设置均与图6、图7中的结构相一致。相对于图7，图8中中行电极力敏油墨74不仅覆盖于行电极35上，还印刷覆盖于相邻行电极35 间的第一柔性衬底31a上，从而在第一柔性衬底31a上形成行力敏油墨接触平面91，即将第一凹坑81内填充行电极力敏油墨74以形成行力敏油墨接触平面91。行力敏油墨接触平面 91与列力敏油墨接触平面92相接触，通过两个接触平面接触后，同样能够检测得到相应的压力分布。如图广图5所示上述结构的点阵型柔性压力分布传感器可以通过下述工艺步骤制备得到，具体步骤为
a、提供柔性衬底材料，所述柔性衬底材料包括相互连接的第一柔性衬底31a及第二柔性衬底31b ；如图1所示本实施例中柔性衬底材料选用PET聚酯薄膜，所述柔性衬底材料的大小根据需要进行选取；选用柔性衬底后，能够将得到的传感器塑形到所需的形状，从而能够将压力分布传感器应用于复杂的曲面环境中，提高适应性；当选用PET聚酯薄膜后，需要进行电晕，电晕的值与前述相一致，电晕PET聚酯薄膜后能提高印刷油墨的连接强度；如果自制 PET聚酯薄膜，当要求5(T200m/min走卷速度，1. 6米宽的PET聚酯薄膜的电晕处理，其电晕功率要达到^OOW左右；
当得到上述电晕后的PET聚酯薄膜后，需要进行干燥存放及运输，放置于干燥低温的库房中，库房中的温度位于20°C以下，最好将得到的PET聚酯薄膜一个月用完，否则印刷或复合效果明显下降；
b、在上述柔性衬底材料上通过丝网印刷得到所需第一柔性衬底31a及第二柔性衬底 31b对应的器件边框M ；
如图2所示在柔性衬底材料上通过300或350目丝网印刷得到所需的器件边框24， 所述器件边框M内包括第一柔性衬底31a与第二柔性衬底31b，所述第一柔性衬底31a与第二柔性衬底31b相互连接在一起；
c、在上述第一柔性衬底31a通过丝网印刷分别得到行电极35、行引出电极线22a、行引出电极23a及第一挖除区边框25a，行电极35位于第一柔性衬底31a的第一传感区1 Ia ； 并在第二柔性衬底31b上通过丝网印刷分别得到列电极36、列引出电极线22b、列引出电极 23b及第二挖除区边框25b，且在第一柔性衬底31a与第二柔性衬底31b的结合部印刷得到裁剪线40 ；列电极36位于第二柔性衬底31b的第二传感区lib ；
如图2所示在上述印刷得到的器件边框M内再次将银浆丝网印刷，在第一传感区 Ila内得到行电极35，在行引出电极区12a内得到行引出电极23a，并在第一传感区Ila与行引出电极区12a间得到第一挖除区边框25a;同时，在第二传感区lib内得到列电极36， 在列引出电极区12b内得到列引出电极23b，并在列引出电极区12b外侧得到第二挖除区边框25b ；行电极35与列电极36间相垂直分布，行电极35与列电极36间通过裁剪线40进行分隔；
上述结构区域或结构均通过300目或350目丝网印刷得到，印刷厚度一般在圹10 微米，印刷得到上述区域结构后将柔性衬底材料转移至干燥箱内，在干燥箱内加热至 10(T120°C，并干燥20 30分钟固化；
d、在第一传感区Ila及第二传感区lib上印刷所需的力敏油墨，得到覆盖行电极35的行电极力敏油墨74及覆盖列电极36的列电极力敏油墨75 ；
如图3所示在上述第一传感区Ila及第二传感区lib上通过250目或300目丝网印刷力敏油墨，得到行电极力敏油墨74及列电极力敏油墨75 ；根据行电极力敏油墨74、列电极力敏油墨75印刷设置不同能够得到第一凹坑81、第二凹坑82、行力敏油墨接触平面91或列力敏油墨接触平面92 ；力敏油墨印刷的厚度一般为5 10微米；印刷力敏油墨后，将上述柔性衬底材料放置于干燥箱内，加热至10(Tll(TC后干燥1(Γ20分钟，再从干燥箱内取出， 以进行下一步的操作；
e、沿第一挖除区边框2 挖除第一柔性衬底31a的衬底材料，形成第一挖除区13a，并沿第二挖除区边框2 挖除第二柔性衬底31b的衬底材料，形成第二挖除区13b ；
如图3所示第一挖除区13a与第二挖除区1 贯通衬底材料的区域，便于能够将列引出电极23b、行引出电极23a向外引出；
f、在上述第一柔性衬底(31a)上对应的行电极引出区12a印刷UV油墨，并使得行引出电极23a裸露；同时，在第二柔性衬底31b上对应的列电极弓丨出区12b印刷UV油墨，并使得列引出电极2 裸露；
如图4所示印刷UV油墨时，先在行电极弓丨出区1 及列电极弓丨出区12b内印刷UV油墨，印刷UV油墨的同时应避免行引出电极23a与列引出电极2 上不能覆盖UV油墨；
g、利用UV灯使得上述印刷后的UV油墨进行初步固化；
在初步固化时，利用2支SOW/cm的UV灯，按照ISm/min的速度进行初步固化，初步固化时，可以对裁剪线40 —侧衬底材料上的UV油墨进行固化；
h、在上述第一柔性衬底31a上对应第一传感区Ila及行电极引出区1 外的区域再次印刷UV油墨，并在第二柔性衬底31b上对应第二传感区lib及列电极引出区12b外的区域再次印刷UV油墨；
上述UV油墨印刷后，再将UV油墨印刷在除第一传感区11a、第二传感区lib、第一挖除区13a、第二挖除区13b，行引出电极23a及列引出电极2 外的区域，图5中的阴影区域即为印刷UV油墨后的示意图；印刷UV油墨时，均通过400目或420目的丝网，印刷的厚度为 4^8微米；
i、将上述第一柔性衬底31a与第二柔性衬底31b沿裁剪线40翻转，并使得第一柔性衬底31a与第二柔性衬底31b对应印刷UV油墨的表面相接触，并再利用UV灯使得第一柔性衬底31a与第二柔性衬底31b通过UV油墨绝缘后粘结固定；
为了能够形成所需的点阵型柔性压力分布传感器，将柔性衬底材料沿裁剪线40翻转， 以保证第一柔性衬底31a与第二柔性衬底31b的器件边框M及裁剪线40的对齐，上述对齐后，能保证第一柔性衬底31a及第二柔性衬底31b上的对应区域相接触；然后利用2支 80ff/cm的UV灯，按照18m/min的速度使得第一柔性衬底31a与第二柔性衬底31b在UV油墨作用下粘结固定；
j、沿器件边框M及裁剪线40对柔性衬底材料进行裁剪，得到所需的压力分布传感器。
将上述通过UV油墨绝缘后粘结固定的材料沿器件边框M及裁剪线40进行裁剪， 以得到所需的传感器结构，得到的结构根据力敏油墨的设置不同，能得到如图6、图7及图8 中所示的结构。 为了能够得到上述压力分布传感器，还可以在制备时，同时制备两份相同的衬底材料，两份相同的衬底材料上均分别得到相应的第一柔性衬底31a及第二柔性衬底31b，在第一柔性衬底31a及第二柔性衬底31b上均设置相应的行电极35、列电极36，其余后续印刷力敏油墨及UV油墨的设置步骤相同；并对UV油墨进行初步固化；再经过上述步骤后，将两份相同的衬底材料相应的区域覆盖，即一份衬底材料对应的第一柔性衬底31a与另一份对应第二柔性衬底31b区域相重叠，这样，通过对裁剪线与器件边框M进行裁剪时，能够同时得到两个相同的压力分布传感器结构，且两份衬底材料的制备工艺步骤、条件完全相同， 本发明实施例中不再对这种制备工艺进行详述。 如图广图8所示使用时，将行引出电极23a、列引出电极2 分别通过第二挖除区13b、第一挖除区13a引出后与外部测量电路连接；根据压力分传感器的使用环境，将第一柔性衬底31a及第二柔性衬底31b塑形到所需的形状，以能够进行相应形状的检测。工作时，当有作用力作用在第一柔性衬底31a或第二柔性衬底31b上时，行电极力敏油墨74、 列电极力敏油墨75产生形变，相应行电极力敏油墨74及列电极力敏油墨75的电阻特性发生变化，通过外部测量电路检测得到这种变化量，从而根据变化量来检测相应的压力分布。
本发明第一柔性衬底31a与第二柔性衬底31b对应分布，第一柔性衬底31a上设置若干均勻分布的行电极35，第二柔性衬底31b上设置若干均勻分布的列电极36，行电极 35上覆盖行电极力敏油墨74，列电极36上覆盖列电极力敏油墨75 ；行电极35通过行电极引出电极23a向外引出，列电极36通过列电极引出电极23b向外引出；第一柔性衬底31a 与第二柔性衬底31b通过UV油墨绝缘后粘结固定，并使得行电极力敏油墨74与列电极力敏油墨75相接触，形成点阵型柔性压力分布传感器；当有外部作用力时，行电极力敏油墨 74、列电极力敏油墨75产生的形变信息分别通过行电极35、列电极36向外输出，通过相应的测量电路能够确定压力分布，结构紧凑，检测精度高，能适应复杂表面的检测要求，适应范围广，安全可靠。
1.一种点阵型柔性压力分布传感器，其特征是包括第一柔性衬底(31a)及位于所述第一柔性衬底(31a)下方的第二柔性衬底(31b)，第一柔性衬底(31a)上设置若干均勻分布的行电极(35)，所述行电极(35)上覆盖有电连接的行电极力敏油墨(74)，第一柔性衬底 (31a)上对应于设置行电极(35)的另一端设有行引出电极(23a)，所述行引出电极(23a)与行电极(35)相匹配并电连接；第二柔性衬底(31b)上设置若干均勻分布的列电极(36)，所述列电极(36)上覆盖有电连接的列电极力敏油墨(75)，第二柔性衬底(31b)对应于设置列电极(36)的另一端设有列引出电极(2北)，所述列引出电极(2 )与列电极(36)相匹配并电连接；第一柔性衬底(31a)对应设置行引出电极(23a)的一端与第二柔性衬底(31b)对应设置列引出电极(2 )的一端绝缘后粘结固定，且使得行电极(35)与列电极(36)间呈纵横交错分布，行电极(35)通过行电极力敏油墨(74)与列电极(36)的列电极力敏油墨(75)相接触。
2.根据权利要求1所述的点阵型柔性压力分布传感器，其特征是所述行电极力敏油墨(74)的材料包括油墨溶剂、油墨粘合剂及导电纳米粒子；列电极力敏油墨(75)与行电极力敏油墨(74)的材料组份设置一致。
3.根据权利要求2所述的点阵型柔性压力分布传感器，其特征是所述油墨溶剂与油墨粘合剂的质量比为1. 5飞1 ；油墨粘合剂与导电纳米粒子的质量比为5 15 1 ；油墨溶剂为2-丁酮、乙二醇醚、四氢呋喃中的一种或几种；油墨粘合剂为聚丙烯粘合剂、天然或人工合成橡胶粘合剂、环氧树脂粘合剂、硅橡胶粘合剂中的一种或几种，导电纳米粒子的直径为广lOOOnm，导电纳米粒子为碳粉、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的点阵型柔性压力分布传感器，其特征是所述油墨溶剂与油墨粘合剂的质量比为1.8 3 1 ；导电纳米粒子的直径为15 50nm。
5.根据权利要求1所述的点阵型柔性压力分布传感器，其特征是所述第一柔性衬底 (31a)对应设置行引出电极(23a)的端部设有用于将行引出电极(23a)引出的第一挖除区 (13a)，所述第一挖除区(13a)贯通第一柔性衬底(31a);第二柔性衬底(31b)对应设置列引出电极(23b)的端部设有用于将列引出电极(2 )引出的第二挖除区(1北)，所述第二挖除区(13b )贯通第二柔性衬底(31b)。
6.根据权利要求1所述的点阵型柔性压力分布传感器，其特征是所述第一柔性衬底 (31a)与第二柔性衬底(31b)通过印刷UV油墨并固化后绝缘粘结固定。
7.根据权利要求1所述的点阵型柔性压力分布传感器，其特征是所述行电极力敏油墨(74)印刷覆盖于相应的行电极(35)上，且相邻的行电极(35)间形成第一凹坑(81)，所述第一凹坑(81)的深度从行电极(35)对应印刷行电极力敏油墨(74)的表面延伸到第一柔性衬底(31a)表面；所述列电极力敏油墨(75)覆盖于相应的列电极(36)上，且相邻的列电极 (36)间形成第二凹坑(82)，所述第二凹坑(82)的深度从列电极(36)对应印刷列电极力敏油墨(75)的表面延伸到第二柔性衬底(31b)的表面。
8.根据权利要求1所述的点阵型柔性压力分布传感器，其特征是所述行电极力敏油墨(74)印刷覆盖于相应的行电极(35)上，且相邻的行电极(35)间形成第一凹坑(81)，所述第一凹坑(81)的深度从行电极(35)对应印刷行电极力敏油墨(74)的表面延伸到第一柔性衬底(31a)表面；所述列电极力敏油墨(75)覆盖于相应的列电极(36)上，并覆盖于相邻列电极(36)间的第二柔性衬底(31b)，以在第二柔性衬底(31b)上形成列力敏油墨接触平面 (92)。
9.根据权利要求1所述的点阵型柔性压力分布传感器，其特征是所述行电极力敏油墨(74)印刷覆盖于相应的行电极(35)上，并印刷覆盖于相邻行电极(35)间的第一柔性衬底(31a)上，以在第一柔性衬底(31a)上形成行力敏油墨接触平面(91);所述列电极力敏油墨(75)印刷覆盖于相应的列电极(36)上，并印刷覆盖于相邻列电极(36)间的第二柔性衬底(31b)，以在第二柔性衬底(31b)上形成列力敏油墨接触平面(92)。
10.一种点阵型柔性压力分布传感器的制备方法，其特征是，所述压力分布传感器的制备方法包括如下步骤(a)、提供柔性衬底材料，所述柔性衬底材料包括相互连接的第一柔性衬底(31a)及第二柔性衬底(31b)；(b)、在上述柔性衬底材料上通过丝网印刷得到所需第一柔性衬底(31a)及第二柔性衬底(31b)对应的器件边框(24);(C)、在上述第一柔性衬底(31a)通过丝网印刷分别得到行电极(35)、行引出电极线 (2 )、行引出电极(23a)及第一挖除区边框(2 ),行电极(35)位于第一柔性衬底(31a)的第一传感区(Ila)；并在第二柔性衬底(31b)上通过丝网印刷分别得到列电极(36)、列引出电极线(22b)、列引出电极(2 )及第二挖除区边框(2 )，且在第一柔性衬底(31a)与第二柔性衬底(31b)的结合部印刷得到裁剪线(40);列电极(36)位于第二柔性衬底(31b)的第二传感区(lib)；(d)、在第一传感区(Ila)及第二传感区(lib)上印刷所需的力敏油墨，得到覆盖行电极(35)的行电极力敏油墨(74)及覆盖列电极(36)的列电极力敏油墨(75)；(e)、沿第一挖除区边框(25a)挖除第一柔性衬底(31a)的衬底材料，形成第一挖除区 (13a)，并沿第二挖除区边框(25b)挖除第二柔性衬底(31b)的衬底材料，形成第二挖除区 (13b)；(f)、在上述第一柔性衬底(31a)上对应的行电极引出区(12a)印刷UV油墨，并使得行引出电极(23a)裸露；同时，在第二柔性衬底(31b)上对应的列电极引出区(12b)印刷UV油墨，并使得列引出电极(23b)裸露；(g)、利用UV灯使得上述印刷后的UV油墨进行初步固化；(h)、在上述第一柔性衬底(31a)上对应第一传感区(Ila)及行电极引出区(12a)外的区域再次印刷UV油墨，并在第二柔性衬底(31b)上对应第二传感区(lib)及列电极引出区 (12b)外的区域再次印刷UV油墨；(i)、将上述第一柔性衬底(31a)与第二柔性衬底(31b)沿裁剪线(40)翻转，并使得第一柔性衬底(31a)与第二柔性衬底(31b)对应印刷UV油墨的表面相接触，并再利用UV灯使得第一柔性衬底(31a)与第二柔性衬底(31b)通过UV油墨绝缘后粘结固定；(j)、沿器件边框(24)及裁剪线(40)对柔性衬底材料进行裁剪，得到所需的压力分布传感器。
本发明涉及一种点阵型柔性压力分布传感器及其制备方法，其包括第一柔性衬底及第二柔性衬底，第一柔性衬底上设置行电极，行电极上覆盖有电连接的行电极力敏油墨，第一柔性衬底上对应于设置行电极的另一端设有行引出电极；第二柔性衬底上设置列电极，列电极上覆盖有电连接的列电极力敏油墨，第二柔性衬底对应于设置列电极的另一端设有列引出电极；第一柔性衬底对应设置行引出电极的一端与第二柔性衬底对应设置列引出电极的一端绝缘后粘结固定，且使得行电极与列电极间呈纵横交错分布，行电极通过行电极力敏油墨与列电极的列电极力敏油墨相接触。本发明结构紧凑，检测精度高，能适应复杂表面的检测要求，适应范围广，安全可靠。
文档编号G01L1/22GKSQ
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者康威, 武斌, 王慰, 王雯, 胡庆庆 申请人:江苏物联网研究发展中心}