一种基于DIW技术打印的高灵敏柔性压力传感阵列

专利2025-10-20  3


本发明涉及柔性电子及可穿戴器件、新材料技术及传感器,特别涉及一种基于diw技术打印的高灵敏柔性压力传感阵列。


背景技术:

1、近年来,随着柔性电子及可穿戴器件和传感器技术的迅速发展,人类全面进入了信息化时代,对生活各方面的要求也在不断提升,随之需要探究的信息也在不断增多。传统的压力传感器主要由金属和半导体等刚性材料制作而成,其主要优点是成本低廉、应用范围广,但存在稳定性差等一系列问题。随着信息化时代的发展,人们对这类产品的应用要求越来越高,普通的刚性压力传感器已不能满足现有需求。因此,传感技术开始朝着柔性化、小型化、智能化的方向发展,并深入地渗透到生活中的各个领域。

2、柔性压力传感器作为一种新兴的压敏元件,具有类似于人类皮肤的感知能力,在健康监测、电子皮肤、智能机器人等领域有着广阔的应用前景。根据传感原理的不同,压力传感器通常分为电容式、压电式和压阻式三大类。电阻式柔性压力传感器拥有成本低、易集成、频率响应好等优点,但信噪比低等缺点使其在人体压力信号采集中表现并不出色。电容式柔性压力传感器因能量消耗小、响应快和更低的检测极限而受到广泛关注,但线性响应差,抗干扰性差等问题影响了其在人体压力信号检测中的发挥。压电式柔性压力传感器的灵敏度高、能耗低、制备简单、寿命时间长等优点使其在人体信号检测中表现尤为突出。


技术实现思路

1、发明目的:本发明提供一种基于直接墨水书写(diw)技术打印的高灵敏柔性压力传感阵列。

2、技术方案:本发明所述的基于diw技术打印的高灵敏柔性压力传感阵列,为三明治结构,上下两层为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet),中间层依次为图案化电极、聚偏二氟乙烯(pvdf)压电薄膜、图案化电极。

3、进一步地,pet作为封装层,其上利用diw技术打印着图案化的电极。

4、进一步地,pvdf压电薄膜为敏感层。

5、进一步地,采用diw技术打印图案化电极接收变化的电信号。

6、进一步地,所述封装层材料为pet。

7、进一步地,所述pet厚度为150μm。

8、进一步地,pvdf压电薄膜厚度为28μm。

9、进一步地,电极所用导电材料均为银浆。

10、所述的基于diw技术打印的高灵敏柔性压力传感阵列的制备方法,包括如下步骤:

11、a、绘制出所需要的图案化电极;

12、b、再通过软件进一步确定所需电极图纸,导出.gbr格式的图纸文件;

13、c、打开其打印设备以及配套的v-one软件;

14、d、添加材料库中的浆料到主界面,浆料选择完毕后,进入图形导入界面,导入.gbr格式的图纸文件,随后准备打印模组;

15、e、将墨盒安装进打印模组;

16、f、安装好打印模组后进入打印调试环节,需要在打印最终图形前对浆料进行参数调试;

17、g、参数调试完后进入正式打印;

18、h、最后将打印模组取下,进行加热,即可。

19、该方法制备的柔性压力传感阵列其柔性pet衬底上的导电图案均通过diw技术打印完成,敏感层采用pvdf压电薄膜,可提升传感阵列灵敏度,减少传感器制备工序。本发明采用的图案化电极由diw技术打印制备,该技术成熟,允许印刷几乎任何材料,只要前驱体油墨经过设计,能够表现出适当的流变特性。这种技术是将设计自由度、多功能性和稳定性同时引入印刷结构的独特途径。该传感阵列为简单三明治结构,无需进行复杂的结构设计和制作工艺就能兼具高灵敏度、宽线性度、低响应时间、高稳定性等优良特性。该传感阵列能够对人体肢体弯曲进行检测,也能够显示不同压力分布对应的传感器阵列的电压响应。

20、本发明制备了一种基于diw技术打印电极的“三明治”式柔性压力传感阵列。该传感阵列选择pet作为封装层,其上利用diw技术打印着图案化的电极;敏感层为pvdf压电薄膜;采用diw技术打印图案化电极接收变化的电信号。然后用银膏将两根铜线分别与上下两层图案化电极端口连接,形成外部接触。随着加载压力的不断增大,pvdf压电薄膜在外力作用下发生变形,发生极化现象,在柔性pet衬底采用diw技术打印的上下电极表面产生符号相反、大小相等的电荷,使得pvdf压电薄膜与电极之间产生导电路径。

21、本发明与现有技术相比,具有如下优势:

22、本发明的传感阵列为简单三明治结构,无需进行复杂的结构设计和制作工艺就能兼具高灵敏度、宽线性度、低响应时间、高稳定性等优良特性。该传感阵列能够对人体肢体弯曲进行检测,也能够显示不同压力分布对应的传感器阵列的电压响应。



技术特征:

1.一种基于diw技术打印的高灵敏柔性压力传感阵列,其特征在于,为三明治结构,上下两层为pet,中间层依次为图案化电极、pvdf压电薄膜、图案化电极。

2.根据权利要求1所述的基于diw技术打印的高灵敏柔性压力传感阵列,其特征在于,pet作为封装层,其上利用diw技术打印着图案化的电极。

3.根据权利要求1所述的基于diw技术打印的高灵敏柔性压力传感阵列,其特征在于,pvdf压电薄膜为敏感层。

4.根据权利要求1所述的基于diw技术打印的高灵敏柔性压力传感阵列,其特征在于,采用diw技术打印图案化电极接收变化的电信号。

5.根据权利要求1所述的基于diw技术打印的高灵敏柔性压力传感阵列,其特征在于,所述封装层材料为pet。

6.根据权利要求1所述的基于diw技术打印的高灵敏柔性压力传感阵列,其特征在于,所述pet厚度为150μm。

7.根据权利要求1所述的基于diw技术打印的高灵敏柔性压力传感阵列,其特征在于,pvdf压电薄膜厚度为28μm。

8.根据权利要求1所述的基于diw技术打印的高灵敏柔性压力传感阵列,其特征在于,电极所用导电材料均为银浆。

9.权利要求1-8任一项所述的基于diw技术打印的高灵敏柔性压力传感阵列的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:


技术总结
本发明公开了一种基于DIW技术打印的高灵敏柔性压力传感阵列,该阵列选择PET作为封装层,其上利用DIW技术打印着图案化的电极;敏感层为PVDF压电薄膜;采用DIW技术打印图案化电极接收变化的电信号。本发明允许印刷几乎任何材料,只要前驱体油墨经过设计,能够表现出适当的流变特性。将设计自由度、多功能性和稳定性同时引入印刷结构的独特途径。该传感阵列为简单三明治结构,无需进行复杂的结构设计和制作工艺就能兼具高灵敏度、宽线性度、低响应时间、高稳定性等优良特性。该传感阵列能够对人体肢体弯曲进行检测,也能够显示不同压力分布对应的传感器阵列的电压响应。

技术研发人员:温小红,邓永梁,石悦言,高秀敏
受保护的技术使用者:上海理工大学
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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