專利名稱：一種點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力分布傳感器及其制備方法，尤其是一種點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器及其制備方法，屬于壓力分布傳感器的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
接觸應(yīng)力研究作為工程和力學(xué)的熱門課題，國內(nèi)外的學(xué)者們對(duì)兩物體表面的柔性和剛性接觸，尤其是在接觸面上的每一個(gè)細(xì)小的接觸點(diǎn)和細(xì)微的應(yīng)力效應(yīng)進(jìn)行了一些艱苦的探討，并得到很多理論分析成果，理論分析成果包括專利文獻(xiàn)。盡管上述專利等理論分析似乎很有依據(jù)，但是定量地應(yīng)用于實(shí)際問題存在著較大的難度。國外于20世紀(jì)80年代開始對(duì)檢測(cè)接觸點(diǎn)和區(qū)域、接觸截面形狀、壓力分布的觸覺陣列進(jìn)行研究，研制出了能檢測(cè)對(duì)象形狀、尺寸、有無、位置、作用溫度的傳感器。90年代發(fā)展到了高密度多陣列，柔性材料也成為了重要的研究方面。近年來已從單純的傳感器設(shè)計(jì)研制發(fā)展成為對(duì)涉及觸覺傳感、控制、信息處理等較復(fù)雜的系統(tǒng)及其過程的研究，并在傳感器柔性力敏材料、新型制造工藝和多功能傳感器的研究等方面取得了較大進(jìn)展。Dargahi 等利用硅條和PVDF (聚偏氟乙烯)膜構(gòu)成的夾層構(gòu)造研制了一種用于腹腔鏡外科的微加工壓電觸覺傳感器。Gray等用表面微機(jī)械加工技術(shù)研究了具有高分辨率的微觸覺傳感器陣列。Harris等對(duì)富士測(cè)壓薄膜(Fuji pressure sensitive film)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明 富士測(cè)壓薄膜具有方便及可接受的精度，成為測(cè)量關(guān)節(jié)表面接觸面積及應(yīng)力普遍使用的工具。但富士測(cè)壓薄膜的生物力學(xué)的測(cè)量誤差達(dá)到10% 15%，并且不能進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測(cè)量和分析。美國Tekscan公司研制出一種快速、精確、高效、直觀的壓力分布測(cè)量系統(tǒng)。其獨(dú)特之處在于其專利技術(shù)——柔性薄膜網(wǎng)格傳感器。Tekscan生產(chǎn)接觸力、壓力測(cè)量系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、帶有數(shù)據(jù)顯示的分析軟件、壓力或力傳感器。測(cè)量系統(tǒng)的核心是其取得專利的接觸力傳感器，它是一種基于矩陣的壓力傳感器。國內(nèi)的一些產(chǎn)品如數(shù)字跑鞋、足蹬壓力檢測(cè)分析儀、步伐敏捷度測(cè)試儀和數(shù)字跑道單元模板；類似這些產(chǎn)品，大都采用柔性硅橡膠、導(dǎo)電橡膠等材料作為傳感器陣列的力敏電阻單元，在每平方厘米上陣列的傳感器數(shù)量有限，測(cè)量的精確不高。在工藝上，采用柔性陣列傳感器和塑膠材料復(fù)合成型的傳統(tǒng)制作工藝，主要是將一些材料采用機(jī)械攪拌，均勻涂抹，生產(chǎn)工藝比較落后。其中代表能反映壓敏感應(yīng)的如炭黑等材料理論上說具有團(tuán)聚性， 在經(jīng)過機(jī)械攪拌后的復(fù)合物在整個(gè)接觸面上的炭黑分子濃度分布不均，均勻性較差，實(shí)際上壓力和電阻率關(guān)系呈現(xiàn)的彎曲度很大的一條曲線也反映了這種局限的存在。特別地，如應(yīng)用到如牙科診斷用的牙齒咬合力檢測(cè)、應(yīng)用到與人體皮膚接觸的一些醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)、以及應(yīng)用到符合人體工程學(xué)的一些生物應(yīng)用領(lǐng)域，這些類型的傳感器目前尚在專利和實(shí)驗(yàn)范圍。如專利申請(qǐng)CN101669018A公開文本中敘述了采用碳納米管的壓力傳感器，其結(jié)構(gòu)是在襯墊中嵌入碳納米管復(fù)合物，采用源極、漏極和柵極三個(gè)電極來感知受到壓力時(shí)出現(xiàn)電阻率變化情況，這種結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜，實(shí)用性較差。
綜上所述，研發(fā)一種廣泛應(yīng)用于接觸式測(cè)量、無損檢測(cè)、機(jī)器人、生物力學(xué)等領(lǐng)域的新型傳感器，可對(duì)任意2個(gè)柔性或柔/剛接觸面表面作用力的分布進(jìn)行檢測(cè)。它不僅具有普通陣列式傳感器的優(yōu)點(diǎn)，還具有良好的柔韌性，可以自由彎曲甚至折疊，能夠方便地對(duì)復(fù)雜表面形狀的零件進(jìn)行檢測(cè)，是當(dāng)前壓力傳感器領(lǐng)域研究的一個(gè)方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器及其制備方法，其結(jié)構(gòu)緊湊，檢測(cè)精度高，能適應(yīng)復(fù)雜表面的檢測(cè)要求，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器，包括第一柔性襯底及位于所述第一柔性襯底下方的第二柔性襯底，第一柔性襯底上設(shè)置若干均勻分布的行電極，所述行電極上覆蓋有電連接的行電極力敏油墨，第一柔性襯底上對(duì)應(yīng)于設(shè)置行電極的另一端設(shè)有行引出電極，所述行引出電極與行電極相匹配并電連接；
第二柔性襯底上設(shè)置若干均勻分布的列電極，所述列電極上覆蓋有電連接的列電極力敏油墨，第二柔性襯底對(duì)應(yīng)于設(shè)置列電極的另一端設(shè)有列引出電極，所述列引出電極與列電極相匹配并電連接；
第一柔性襯底對(duì)應(yīng)設(shè)置行引出電極的一端與第二柔性襯底對(duì)應(yīng)設(shè)置列引出電極的一端絕緣后粘結(jié)固定，且使得行電極與列電極間呈縱橫交錯(cuò)分布，行電極通過行電極力敏油墨與列電極的列電極力敏油墨相接觸。所述行電極力敏油墨的材料包括油墨溶劑、油墨粘合劑及導(dǎo)電納米粒子；列電極力敏油墨與行電極力敏油墨的材料組份設(shè)置一致。所述油墨溶劑與油墨粘合劑的質(zhì)量比為1. 5飛1 ；油墨粘合劑與導(dǎo)電納米粒子的質(zhì)量比為5 15 1 ；油墨溶劑為2-丁酮、乙二醇醚、四氫呋喃中的一種或幾種；油墨粘合劑為聚丙烯粘合劑、天然或人工合成橡膠粘合劑、環(huán)氧樹脂粘合劑、硅橡膠粘合劑中的一種或幾種，導(dǎo)電納米粒子的直徑為廣lOOOnm，導(dǎo)電納米粒子為碳粉、石墨烯、碳納米管中的一種或幾種。所述油墨溶劑與油墨粘合劑的質(zhì)量比為1.纊3:1 ；導(dǎo)電納米粒子的直徑為 15 50nmo所述第一柔性襯底對(duì)應(yīng)設(shè)置行引出電極的端部設(shè)有用于將行引出電極引出的第一挖除區(qū)，所述第一挖除區(qū)貫通第一柔性襯底；第二柔性襯底對(duì)應(yīng)設(shè)置列引出電極的端部設(shè)有用于將列引出電極引出的第二挖除區(qū)，所述第二挖除區(qū)貫通第二柔性襯底。所述第一柔性襯底與第二柔性襯底通過印刷UV油墨并固化后絕緣粘結(jié)固定。所述行電極力敏油墨印刷覆蓋于相應(yīng)的行電極上，且相鄰的行電極間形成第一凹坑，所述第一凹坑的深度從行電極對(duì)應(yīng)印刷行電極力敏油墨的表面延伸到第一柔性襯底表面；所述列電極力敏油墨覆蓋于相應(yīng)的列電極上，且相鄰的列電極間形成第二凹坑，所述第二凹坑的深度從列電極對(duì)應(yīng)印刷列電極力敏油墨的表面延伸到第二柔性襯底的表面。所述行電極力敏油墨印刷覆蓋于相應(yīng)的行電極上，且相鄰的行電極間形成第一凹坑，所述第一凹坑的深度從行電極對(duì)應(yīng)印刷行電極力敏油墨的表面延伸到第一柔性襯底表面；所述列電極力敏油墨覆蓋于相應(yīng)的列電極上，并覆蓋于相鄰列電極間的第二柔性襯底，以在第二柔性襯底上形成列力敏油墨接觸平面。所述行電極力敏油墨印刷覆蓋于相應(yīng)的行電極上，并印刷覆蓋于相鄰行電極間的第一柔性襯底上，以在第一柔性襯底上形成行力敏油墨接觸平面；所述列電極力敏油墨印刷覆蓋于相應(yīng)的列電極上，并印刷覆蓋于相鄰列電極間的第二柔性襯底，以在第二柔性襯底上形成列力敏油墨接觸平面。一種點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器的制備方法，所述壓力分布傳感器的制備方法包括如下步驟
a、提供柔性襯底材料，所述柔性襯底材料包括相互連接的第一柔性襯底及第二柔性襯
底；
b、在上述柔性襯底材料上通過絲網(wǎng)印刷得到所需第一柔性襯底及第二柔性襯底對(duì)應(yīng)的器件邊框；
C、在上述第一柔性襯底通過絲網(wǎng)印刷分別得到行電極、行引出電極線、行引出電極及第一挖除區(qū)邊框，行電極位于第一柔性襯底的第一傳感區(qū)；并在第二柔性襯底上通過絲網(wǎng)印刷分別得到列電極、列引出電極線、列引出電極及第二挖除區(qū)邊框，且在第一柔性襯底與第二柔性襯底的結(jié)合部印刷得到裁剪線；列電極位于第二柔性襯底的第二傳感區(qū)；
d、在第一傳感區(qū)及第二傳感區(qū)上印刷所需的力敏油墨，得到覆蓋行電極的行電極力敏油墨及覆蓋列電極的列電極力敏油墨；
e、沿第一挖除區(qū)邊框挖除第一柔性襯底的襯底材料，形成第一挖除區(qū)，并沿第二挖除區(qū)邊框挖除第二柔性襯底的襯底材料，形成第二挖除區(qū)；
f、在上述第一柔性襯底上對(duì)應(yīng)的行電極引出區(qū)印刷UV油墨，并使得行引出電極裸露; 同時(shí)，在第二柔性襯底上對(duì)應(yīng)的列電極引出區(qū)印刷UV油墨，并使得列引出電極裸露；
g、利用UV燈使得上述印刷后的UV油墨進(jìn)行初步固化；
h、在上述第一柔性襯底上對(duì)應(yīng)第一傳感區(qū)及行電極引出區(qū)外的區(qū)域再次印刷UV油墨，并在第二柔性襯底上對(duì)應(yīng)第二傳感區(qū)及列電極引出區(qū)外的區(qū)域再次印刷UV油墨；
i、將上述第一柔性襯底與第二柔性襯底沿裁剪線翻轉(zhuǎn)，并使得第一柔性襯底與第二柔性襯底對(duì)應(yīng)印刷UV油墨的表面相接觸，并再利用UV燈使得第一柔性襯底與第二柔性襯底通過UV油墨絕緣后粘結(jié)固定；
j、沿器件邊框及裁剪線對(duì)柔性襯底材料進(jìn)行裁剪，得到所需的壓力分布傳感器。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)第一柔性襯底與第二柔性襯底對(duì)應(yīng)分布，第一柔性襯底上設(shè)置若干均勻分布的行電極，第二柔性襯底上設(shè)置若干均勻分布的列電極，行電極上覆蓋行電極力敏油墨，列電極上覆蓋列電極力敏油墨；行電極通過行電極引出電極向外引出，列電極通過列電極引出電極向外引出；第一柔性襯底與第二柔性襯底通過UV油墨絕緣后粘結(jié)固定， 并使得行電極力敏油墨與列電極力敏油墨相接觸，形成點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器；相比 Tekscan的使用絕緣油墨加膠水的工藝，UV油墨可以同時(shí)達(dá)到2種效果，并且制造出更薄的傳感器；當(dāng)有外部作用力時(shí)，行電極力敏油墨、列電極力敏油墨產(chǎn)生的形變信息分別通過行電極、列電極向外輸出，通過相應(yīng)的測(cè)量電路能夠確定壓力分布，結(jié)構(gòu)緊湊，檢測(cè)精度高，能適應(yīng)復(fù)雜表面的檢測(cè)要求，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。


圖1為本發(fā)明形成行電極與列電極后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明印刷銀漿得到所需的傳感區(qū)及引出電極后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為印刷力敏油墨后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明在行引出電極區(qū)域列引出電極區(qū)印刷UV油墨后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明在第一傳感區(qū)及第二傳感區(qū)外的區(qū)域印刷UV油墨后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明得到第一種行電極力敏油墨與列電極力敏油墨配合的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明得到第二中行電極力敏油墨與列電極力敏油墨配合的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明得到第三種行電極力敏油墨與列電極力敏油墨配合的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明11a-第一傳感區(qū)、lib-第二傳感區(qū)、12a-行電極引出區(qū)、12b-列電極引出區(qū)、13a-第一挖除區(qū)、1 -第二挖除區(qū)、22a-行引出電極線、22b_列引出電極線、 23a-行引出電極、23b-列引出電極、24-器件邊框、25a_第一挖除區(qū)邊框、25b_第二挖除區(qū)邊框、3Ia-第一柔性襯底、3Ib-第二柔性襯底、35-行電極、36-列電極、40-裁剪線、74-行電極力敏油墨、75-列電極力敏油墨、81-第一凹坑、82-第二凹坑、91-行力敏油墨接觸平面及92-列力敏油墨接觸平面。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖6所示為了能夠精確測(cè)量壓力分布，所述壓力分布傳感器包括第一柔性襯底31a及位于所述第一柔性襯底31a下方的第二柔性襯底31b，所述第一柔性襯底31a與第二柔性襯底31b的形狀相一致。第一柔性襯底31a與第二柔性襯底31b的材料選用PET聚酯薄膜(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)，當(dāng)?shù)谝蝗嵝砸r底31a與第二柔性襯底31b采用PET聚酯薄膜時(shí)，需要對(duì)聚酯薄膜進(jìn)行電暈處理，且所述PET聚酯薄膜的電暈值必須得到42、6mN/ m;當(dāng)PET聚酯薄膜經(jīng)過上述電暈后能夠提高對(duì)油墨的粘附力，改進(jìn)PET聚酯薄膜的適應(yīng)性。
所述第一柔性襯底31a上設(shè)有若干均勻分布的行電極35，所述行電極35通過行電極引出線2 與第一柔性襯底31a另一端的行引出電極23a電連接；行電極35上覆蓋有行電極力敏油墨74，且相鄰的行電極35間對(duì)應(yīng)的第一柔性襯底31a上沒有覆蓋行電極力敏油墨74，在相鄰行電極35間形成第一凹坑81，所述第一凹坑81的深度與行電極35覆蓋行電極力敏油墨74后的表面到第一柔性襯底31a的高度相一致。第一柔性襯底31a對(duì)應(yīng)設(shè)置行引出電極23a的一端設(shè)有第一挖除區(qū)13a，所述第一挖除區(qū)13a貫通第一柔性襯底31a， 當(dāng)?shù)谝蝗嵝砸r底31a上設(shè)置第一挖除區(qū)13a后，能夠?qū)⒘幸鲭姌O23b引出后與外部電路相連。同時(shí)，第二柔性襯底31b上設(shè)有若干均勻分布的列電極36，所述列電極36通過列電極引出線22b與第二柔性襯底31b另一端的列引出電極23b電連接。列電極36上覆蓋有列電極力敏油墨75，且相鄰的列電極36間對(duì)應(yīng)的第二柔性襯底31b上沒有覆蓋列電極力敏油墨75，從而在相鄰的列電極36間形成第二凹坑82，所述第二凹坑82的深度與列電極36覆蓋列電極力敏油墨75后的表面到第二柔性襯底31b的高度相一致。第二柔性襯底 31b對(duì)應(yīng)設(shè)置列引出電極23b的一端設(shè)有第二挖除區(qū)13b，所述第二挖除區(qū)1 貫通第二柔性襯底31b，通過第二挖除區(qū)1 能將行引出電極23a引出后與外部電路相連。第一柔性襯底31a對(duì)應(yīng)設(shè)置行引出電極23a的一端與第二柔性襯底31b對(duì)應(yīng)設(shè)置列引出電極23b的一端絕緣后粘結(jié)固定；當(dāng)?shù)谝蝗嵝砸r底31a與第二柔性襯底31b相應(yīng)的一端絕緣粘結(jié)固定后，第一柔性襯底31a上的行電極35與第二柔性襯底31b上的列電極36 呈縱橫交錯(cuò)分布，且行電極35通過行電極力敏油墨74與列電極36上的列電極力敏油墨75 相接觸連接。行電極力敏油墨74與列電極力敏油墨75為壓力傳感器的壓力敏感元件，行電極力敏油墨74與行電極35電連接，列電極力敏油墨75與列電極36電連接。作為壓力敏感元件的行電極力敏油墨74及列電極力敏油墨75在有外力作用下變形時(shí)，相應(yīng)的電阻值改變，通過行引出電極23a和列引出電極23b能夠?qū)⑾鄳?yīng)的形變信號(hào)輸出。當(dāng)?shù)谝蝗嵝砸r底 31a與第二柔性襯底31b上設(shè)置若干上述結(jié)構(gòu)時(shí)，能夠檢測(cè)得到相應(yīng)的壓力分布。為實(shí)現(xiàn)上述壓力檢測(cè)功能，所述行電極力敏油墨74與列電極力敏油墨75采用相應(yīng)的材料及工藝制備。行電極力敏油墨74及列電極力敏油墨75包括油墨溶劑、油墨粘合劑及導(dǎo)電納米粒子，所述油墨溶劑與油墨粘合劑的質(zhì)量比為1.5飛1 ；油墨粘合劑與導(dǎo)電納米粒子的質(zhì)量比為5 15 1 ；油墨溶劑為2-丁酮、乙二醇醚、四氫呋喃中的一種或幾種； 油墨粘合劑為聚丙烯粘合劑、天然或人工合成橡膠粘合劑、環(huán)氧樹脂粘合劑、硅橡膠粘合劑中的一種或幾種，導(dǎo)電納米粒子的直徑為廣lOOOnm，導(dǎo)電納米粒子為碳粉、石墨烯、碳納米管中的一種或幾種。所述油墨溶劑與油墨粘合劑的質(zhì)量比最好為1.8 3 1 ；導(dǎo)電納米粒子的直徑最好為15 50nm。行電極力敏油墨74與列電極力敏油墨75的厚度一般為5 10微米。行電極35、列電極36、行電極引出線22a、行引出電極23a、列電極引出線22b及列引出電極2 均為通過銀漿印刷獲得，所述銀漿印刷的厚度一般為Γ10微米。如圖7所示圖中示出了行電極力敏油墨74與列電極力敏油墨75相應(yīng)配合的另一種結(jié)構(gòu)。圖7中除行電極力敏油墨74與列電極力敏油墨75配合形式不同外，第一柔性襯底31a與第二柔性襯底31b上其余設(shè)置均與圖6中的結(jié)構(gòu)相一致。圖7中，列電極力敏油墨75不僅覆蓋于列電極36上，還印刷覆蓋于相鄰列電極36間的第二柔性襯底31b上， 從而在第二柔性襯底31b上形成列力敏油墨接觸平面92，即在第二凹坑82內(nèi)也填充列電極力敏油墨75 ；列電極36通過列力敏油墨接觸平面92與行電極力敏油墨74相連。采用圖7 中的設(shè)置后，同樣能夠檢測(cè)壓力分布。如圖8所示圖中示出了行電極力敏油墨74與列電極力敏油墨75相對(duì)配合的第三種結(jié)構(gòu)。圖8中除了行電極力敏油墨74與列電極力敏油墨75配合形式不同外，第一柔性襯底31a與第二柔性襯底31b上的其余對(duì)應(yīng)設(shè)置均與圖6、圖7中的結(jié)構(gòu)相一致。相對(duì)于圖7，圖8中中行電極力敏油墨74不僅覆蓋于行電極35上，還印刷覆蓋于相鄰行電極35 間的第一柔性襯底31a上，從而在第一柔性襯底31a上形成行力敏油墨接觸平面91，即將第一凹坑81內(nèi)填充行電極力敏油墨74以形成行力敏油墨接觸平面91。行力敏油墨接觸平面 91與列力敏油墨接觸平面92相接觸，通過兩個(gè)接觸平面接觸后，同樣能夠檢測(cè)得到相應(yīng)的壓力分布。如圖廣圖5所示上述結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器可以通過下述工藝步驟制備得到，具體步驟為
a、提供柔性襯底材料，所述柔性襯底材料包括相互連接的第一柔性襯底31a及第二柔性襯底31b ；如圖1所示本實(shí)施例中柔性襯底材料選用PET聚酯薄膜，所述柔性襯底材料的大小根據(jù)需要進(jìn)行選??；選用柔性襯底后，能夠?qū)⒌玫降膫鞲衅魉苄蔚剿璧男螤?，從而能夠?qū)毫Ψ植紓鞲衅鲬?yīng)用于復(fù)雜的曲面環(huán)境中，提高適應(yīng)性；當(dāng)選用PET聚酯薄膜后，需要進(jìn)行電暈，電暈的值與前述相一致，電暈PET聚酯薄膜后能提高印刷油墨的連接強(qiáng)度；如果自制 PET聚酯薄膜，當(dāng)要求5(T200m/min走卷速度，1. 6米寬的PET聚酯薄膜的電暈處理，其電暈功率要達(dá)到^OOW左右；
當(dāng)?shù)玫缴鲜鲭姇灪蟮腜ET聚酯薄膜后，需要進(jìn)行干燥存放及運(yùn)輸，放置于干燥低溫的庫房中，庫房中的溫度位于20°C以下，最好將得到的PET聚酯薄膜一個(gè)月用完，否則印刷或復(fù)合效果明顯下降；
b、在上述柔性襯底材料上通過絲網(wǎng)印刷得到所需第一柔性襯底31a及第二柔性襯底 31b對(duì)應(yīng)的器件邊框M ；
如圖2所示在柔性襯底材料上通過300或350目絲網(wǎng)印刷得到所需的器件邊框24， 所述器件邊框M內(nèi)包括第一柔性襯底31a與第二柔性襯底31b，所述第一柔性襯底31a與第二柔性襯底31b相互連接在一起；
c、在上述第一柔性襯底31a通過絲網(wǎng)印刷分別得到行電極35、行引出電極線22a、行引出電極23a及第一挖除區(qū)邊框25a，行電極35位于第一柔性襯底31a的第一傳感區(qū)1 Ia ； 并在第二柔性襯底31b上通過絲網(wǎng)印刷分別得到列電極36、列引出電極線22b、列引出電極 23b及第二挖除區(qū)邊框25b，且在第一柔性襯底31a與第二柔性襯底31b的結(jié)合部印刷得到裁剪線40 ；列電極36位于第二柔性襯底31b的第二傳感區(qū)lib ；
如圖2所示在上述印刷得到的器件邊框M內(nèi)再次將銀漿絲網(wǎng)印刷，在第一傳感區(qū) Ila內(nèi)得到行電極35，在行引出電極區(qū)12a內(nèi)得到行引出電極23a，并在第一傳感區(qū)Ila與行引出電極區(qū)12a間得到第一挖除區(qū)邊框25a;同時(shí)，在第二傳感區(qū)lib內(nèi)得到列電極36， 在列引出電極區(qū)12b內(nèi)得到列引出電極23b，并在列引出電極區(qū)12b外側(cè)得到第二挖除區(qū)邊框25b ；行電極35與列電極36間相垂直分布，行電極35與列電極36間通過裁剪線40進(jìn)行分隔；
上述結(jié)構(gòu)區(qū)域或結(jié)構(gòu)均通過300目或350目絲網(wǎng)印刷得到，印刷厚度一般在壙10 微米，印刷得到上述區(qū)域結(jié)構(gòu)后將柔性襯底材料轉(zhuǎn)移至干燥箱內(nèi)，在干燥箱內(nèi)加熱至 10(T120°C，并干燥20 30分鐘固化；
d、在第一傳感區(qū)Ila及第二傳感區(qū)lib上印刷所需的力敏油墨，得到覆蓋行電極35的行電極力敏油墨74及覆蓋列電極36的列電極力敏油墨75 ；
如圖3所示在上述第一傳感區(qū)Ila及第二傳感區(qū)lib上通過250目或300目絲網(wǎng)印刷力敏油墨，得到行電極力敏油墨74及列電極力敏油墨75 ；根據(jù)行電極力敏油墨74、列電極力敏油墨75印刷設(shè)置不同能夠得到第一凹坑81、第二凹坑82、行力敏油墨接觸平面91或列力敏油墨接觸平面92 ；力敏油墨印刷的厚度一般為5 10微米；印刷力敏油墨后，將上述柔性襯底材料放置于干燥箱內(nèi)，加熱至10(Tll(TC后干燥1(Γ20分鐘，再從干燥箱內(nèi)取出， 以進(jìn)行下一步的操作；
e、沿第一挖除區(qū)邊框2 挖除第一柔性襯底31a的襯底材料，形成第一挖除區(qū)13a，并沿第二挖除區(qū)邊框2 挖除第二柔性襯底31b的襯底材料，形成第二挖除區(qū)13b ；
如圖3所示第一挖除區(qū)13a與第二挖除區(qū)1 貫通襯底材料的區(qū)域，便于能夠?qū)⒘幸鲭姌O23b、行引出電極23a向外引出；
f、在上述第一柔性襯底(31a)上對(duì)應(yīng)的行電極引出區(qū)12a印刷UV油墨，并使得行引出電極23a裸露；同時(shí)，在第二柔性襯底31b上對(duì)應(yīng)的列電極弓丨出區(qū)12b印刷UV油墨，并使得列引出電極2 裸露；
如圖4所示印刷UV油墨時(shí)，先在行電極弓丨出區(qū)1 及列電極弓丨出區(qū)12b內(nèi)印刷UV油墨，印刷UV油墨的同時(shí)應(yīng)避免行引出電極23a與列引出電極2 上不能覆蓋UV油墨；
g、利用UV燈使得上述印刷后的UV油墨進(jìn)行初步固化；
在初步固化時(shí)，利用2支SOW/cm的UV燈，按照ISm/min的速度進(jìn)行初步固化，初步固化時(shí)，可以對(duì)裁剪線40 —側(cè)襯底材料上的UV油墨進(jìn)行固化；
h、在上述第一柔性襯底31a上對(duì)應(yīng)第一傳感區(qū)Ila及行電極引出區(qū)1 外的區(qū)域再次印刷UV油墨，并在第二柔性襯底31b上對(duì)應(yīng)第二傳感區(qū)lib及列電極引出區(qū)12b外的區(qū)域再次印刷UV油墨；
上述UV油墨印刷后，再將UV油墨印刷在除第一傳感區(qū)11a、第二傳感區(qū)lib、第一挖除區(qū)13a、第二挖除區(qū)13b，行引出電極23a及列引出電極2 外的區(qū)域，圖5中的陰影區(qū)域即為印刷UV油墨后的示意圖；印刷UV油墨時(shí)，均通過400目或420目的絲網(wǎng)，印刷的厚度為 4^8微米；
i、將上述第一柔性襯底31a與第二柔性襯底31b沿裁剪線40翻轉(zhuǎn)，并使得第一柔性襯底31a與第二柔性襯底31b對(duì)應(yīng)印刷UV油墨的表面相接觸，并再利用UV燈使得第一柔性襯底31a與第二柔性襯底31b通過UV油墨絕緣后粘結(jié)固定；
為了能夠形成所需的點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器，將柔性襯底材料沿裁剪線40翻轉(zhuǎn)， 以保證第一柔性襯底31a與第二柔性襯底31b的器件邊框M及裁剪線40的對(duì)齊，上述對(duì)齊后，能保證第一柔性襯底31a及第二柔性襯底31b上的對(duì)應(yīng)區(qū)域相接觸；然后利用2支 80ff/cm的UV燈，按照18m/min的速度使得第一柔性襯底31a與第二柔性襯底31b在UV油墨作用下粘結(jié)固定；
j、沿器件邊框M及裁剪線40對(duì)柔性襯底材料進(jìn)行裁剪，得到所需的壓力分布傳感器。
將上述通過UV油墨絕緣后粘結(jié)固定的材料沿器件邊框M及裁剪線40進(jìn)行裁剪， 以得到所需的傳感器結(jié)構(gòu)，得到的結(jié)構(gòu)根據(jù)力敏油墨的設(shè)置不同，能得到如圖6、圖7及圖8 中所示的結(jié)構(gòu)。 為了能夠得到上述壓力分布傳感器，還可以在制備時(shí)，同時(shí)制備兩份相同的襯底材料，兩份相同的襯底材料上均分別得到相應(yīng)的第一柔性襯底31a及第二柔性襯底31b，在第一柔性襯底31a及第二柔性襯底31b上均設(shè)置相應(yīng)的行電極35、列電極36，其余后續(xù)印刷力敏油墨及UV油墨的設(shè)置步驟相同；并對(duì)UV油墨進(jìn)行初步固化；再經(jīng)過上述步驟后，將兩份相同的襯底材料相應(yīng)的區(qū)域覆蓋，即一份襯底材料對(duì)應(yīng)的第一柔性襯底31a與另一份對(duì)應(yīng)第二柔性襯底31b區(qū)域相重疊，這樣，通過對(duì)裁剪線與器件邊框M進(jìn)行裁剪時(shí)，能夠同時(shí)得到兩個(gè)相同的壓力分布傳感器結(jié)構(gòu)，且兩份襯底材料的制備工藝步驟、條件完全相同， 本發(fā)明實(shí)施例中不再對(duì)這種制備工藝進(jìn)行詳述。 如圖廣圖8所示使用時(shí)，將行引出電極23a、列引出電極2 分別通過第二挖除區(qū)13b、第一挖除區(qū)13a引出后與外部測(cè)量電路連接；根據(jù)壓力分傳感器的使用環(huán)境，將第一柔性襯底31a及第二柔性襯底31b塑形到所需的形狀，以能夠進(jìn)行相應(yīng)形狀的檢測(cè)。工作時(shí)，當(dāng)有作用力作用在第一柔性襯底31a或第二柔性襯底31b上時(shí)，行電極力敏油墨74、 列電極力敏油墨75產(chǎn)生形變，相應(yīng)行電極力敏油墨74及列電極力敏油墨75的電阻特性發(fā)生變化，通過外部測(cè)量電路檢測(cè)得到這種變化量，從而根據(jù)變化量來檢測(cè)相應(yīng)的壓力分布。
本發(fā)明第一柔性襯底31a與第二柔性襯底31b對(duì)應(yīng)分布，第一柔性襯底31a上設(shè)置若干均勻分布的行電極35，第二柔性襯底31b上設(shè)置若干均勻分布的列電極36，行電極 35上覆蓋行電極力敏油墨74，列電極36上覆蓋列電極力敏油墨75 ；行電極35通過行電極引出電極23a向外引出，列電極36通過列電極引出電極23b向外引出；第一柔性襯底31a 與第二柔性襯底31b通過UV油墨絕緣后粘結(jié)固定，并使得行電極力敏油墨74與列電極力敏油墨75相接觸，形成點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器；當(dāng)有外部作用力時(shí)，行電極力敏油墨 74、列電極力敏油墨75產(chǎn)生的形變信息分別通過行電極35、列電極36向外輸出，通過相應(yīng)的測(cè)量電路能夠確定壓力分布，結(jié)構(gòu)緊湊，檢測(cè)精度高，能適應(yīng)復(fù)雜表面的檢測(cè)要求，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
權(quán)利要求
1.一種點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器，其特征是包括第一柔性襯底(31a)及位于所述第一柔性襯底(31a)下方的第二柔性襯底(31b)，第一柔性襯底(31a)上設(shè)置若干均勻分布的行電極(35)，所述行電極(35)上覆蓋有電連接的行電極力敏油墨(74)，第一柔性襯底 (31a)上對(duì)應(yīng)于設(shè)置行電極(35)的另一端設(shè)有行引出電極(23a)，所述行引出電極(23a)與行電極(35)相匹配并電連接；第二柔性襯底(31b)上設(shè)置若干均勻分布的列電極(36)，所述列電極(36)上覆蓋有電連接的列電極力敏油墨(75)，第二柔性襯底(31b)對(duì)應(yīng)于設(shè)置列電極(36)的另一端設(shè)有列引出電極(2北)，所述列引出電極(2 )與列電極(36)相匹配并電連接；第一柔性襯底(31a)對(duì)應(yīng)設(shè)置行引出電極(23a)的一端與第二柔性襯底(31b)對(duì)應(yīng)設(shè)置列引出電極(2 )的一端絕緣后粘結(jié)固定，且使得行電極(35)與列電極(36)間呈縱橫交錯(cuò)分布，行電極(35)通過行電極力敏油墨(74)與列電極(36)的列電極力敏油墨(75)相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器，其特征是所述行電極力敏油墨(74)的材料包括油墨溶劑、油墨粘合劑及導(dǎo)電納米粒子；列電極力敏油墨(75)與行電極力敏油墨(74)的材料組份設(shè)置一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器，其特征是所述油墨溶劑與油墨粘合劑的質(zhì)量比為1. 5飛1 ；油墨粘合劑與導(dǎo)電納米粒子的質(zhì)量比為5 15 1 ；油墨溶劑為2-丁酮、乙二醇醚、四氫呋喃中的一種或幾種；油墨粘合劑為聚丙烯粘合劑、天然或人工合成橡膠粘合劑、環(huán)氧樹脂粘合劑、硅橡膠粘合劑中的一種或幾種，導(dǎo)電納米粒子的直徑為廣lOOOnm，導(dǎo)電納米粒子為碳粉、石墨烯、碳納米管中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器，其特征是所述油墨溶劑與油墨粘合劑的質(zhì)量比為1.8 3 1 ；導(dǎo)電納米粒子的直徑為15 50nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器，其特征是所述第一柔性襯底 (31a)對(duì)應(yīng)設(shè)置行引出電極(23a)的端部設(shè)有用于將行引出電極(23a)引出的第一挖除區(qū) (13a)，所述第一挖除區(qū)(13a)貫通第一柔性襯底(31a);第二柔性襯底(31b)對(duì)應(yīng)設(shè)置列引出電極(23b)的端部設(shè)有用于將列引出電極(2 )引出的第二挖除區(qū)(1北)，所述第二挖除區(qū)(13b )貫通第二柔性襯底(31b)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器，其特征是所述第一柔性襯底 (31a)與第二柔性襯底(31b)通過印刷UV油墨并固化后絕緣粘結(jié)固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器，其特征是所述行電極力敏油墨(74)印刷覆蓋于相應(yīng)的行電極(35)上，且相鄰的行電極(35)間形成第一凹坑(81)，所述第一凹坑(81)的深度從行電極(35)對(duì)應(yīng)印刷行電極力敏油墨(74)的表面延伸到第一柔性襯底(31a)表面；所述列電極力敏油墨(75)覆蓋于相應(yīng)的列電極(36)上，且相鄰的列電極 (36)間形成第二凹坑(82)，所述第二凹坑(82)的深度從列電極(36)對(duì)應(yīng)印刷列電極力敏油墨(75)的表面延伸到第二柔性襯底(31b)的表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器，其特征是所述行電極力敏油墨(74)印刷覆蓋于相應(yīng)的行電極(35)上，且相鄰的行電極(35)間形成第一凹坑(81)，所述第一凹坑(81)的深度從行電極(35)對(duì)應(yīng)印刷行電極力敏油墨(74)的表面延伸到第一柔性襯底(31a)表面；所述列電極力敏油墨(75)覆蓋于相應(yīng)的列電極(36)上，并覆蓋于相鄰列電極(36)間的第二柔性襯底(31b)，以在第二柔性襯底(31b)上形成列力敏油墨接觸平面 (92)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器，其特征是所述行電極力敏油墨(74)印刷覆蓋于相應(yīng)的行電極(35)上，并印刷覆蓋于相鄰行電極(35)間的第一柔性襯底(31a)上，以在第一柔性襯底(31a)上形成行力敏油墨接觸平面(91);所述列電極力敏油墨(75)印刷覆蓋于相應(yīng)的列電極(36)上，并印刷覆蓋于相鄰列電極(36)間的第二柔性襯底(31b)，以在第二柔性襯底(31b)上形成列力敏油墨接觸平面(92)。
10.一種點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器的制備方法，其特征是，所述壓力分布傳感器的制備方法包括如下步驟(a)、提供柔性襯底材料，所述柔性襯底材料包括相互連接的第一柔性襯底(31a)及第二柔性襯底(31b)；(b)、在上述柔性襯底材料上通過絲網(wǎng)印刷得到所需第一柔性襯底(31a)及第二柔性襯底(31b)對(duì)應(yīng)的器件邊框(24);(C)、在上述第一柔性襯底(31a)通過絲網(wǎng)印刷分別得到行電極(35)、行引出電極線 (2 )、行引出電極(23a)及第一挖除區(qū)邊框(2 ),行電極(35)位于第一柔性襯底(31a)的第一傳感區(qū)(Ila)；并在第二柔性襯底(31b)上通過絲網(wǎng)印刷分別得到列電極(36)、列引出電極線(22b)、列引出電極(2 )及第二挖除區(qū)邊框(2 )，且在第一柔性襯底(31a)與第二柔性襯底(31b)的結(jié)合部印刷得到裁剪線(40);列電極(36)位于第二柔性襯底(31b)的第二傳感區(qū)(lib)；(d)、在第一傳感區(qū)(Ila)及第二傳感區(qū)(lib)上印刷所需的力敏油墨，得到覆蓋行電極(35)的行電極力敏油墨(74)及覆蓋列電極(36)的列電極力敏油墨(75)；(e)、沿第一挖除區(qū)邊框(25a)挖除第一柔性襯底(31a)的襯底材料，形成第一挖除區(qū) (13a)，并沿第二挖除區(qū)邊框(25b)挖除第二柔性襯底(31b)的襯底材料，形成第二挖除區(qū) (13b)；(f)、在上述第一柔性襯底(31a)上對(duì)應(yīng)的行電極引出區(qū)(12a)印刷UV油墨，并使得行引出電極(23a)裸露；同時(shí)，在第二柔性襯底(31b)上對(duì)應(yīng)的列電極引出區(qū)(12b)印刷UV油墨，并使得列引出電極(23b)裸露；(g)、利用UV燈使得上述印刷后的UV油墨進(jìn)行初步固化；(h)、在上述第一柔性襯底(31a)上對(duì)應(yīng)第一傳感區(qū)(Ila)及行電極引出區(qū)(12a)外的區(qū)域再次印刷UV油墨，并在第二柔性襯底(31b)上對(duì)應(yīng)第二傳感區(qū)(lib)及列電極引出區(qū) (12b)外的區(qū)域再次印刷UV油墨；(i)、將上述第一柔性襯底(31a)與第二柔性襯底(31b)沿裁剪線(40)翻轉(zhuǎn)，并使得第一柔性襯底(31a)與第二柔性襯底(31b)對(duì)應(yīng)印刷UV油墨的表面相接觸，并再利用UV燈使得第一柔性襯底(31a)與第二柔性襯底(31b)通過UV油墨絕緣后粘結(jié)固定；(j)、沿器件邊框(24)及裁剪線(40)對(duì)柔性襯底材料進(jìn)行裁剪，得到所需的壓力分布傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種點(diǎn)陣型柔性壓力分布傳感器及其制備方法，其包括第一柔性襯底及第二柔性襯底，第一柔性襯底上設(shè)置行電極，行電極上覆蓋有電連接的行電極力敏油墨，第一柔性襯底上對(duì)應(yīng)于設(shè)置行電極的另一端設(shè)有行引出電極；第二柔性襯底上設(shè)置列電極，列電極上覆蓋有電連接的列電極力敏油墨，第二柔性襯底對(duì)應(yīng)于設(shè)置列電極的另一端設(shè)有列引出電極；第一柔性襯底對(duì)應(yīng)設(shè)置行引出電極的一端與第二柔性襯底對(duì)應(yīng)設(shè)置列引出電極的一端絕緣后粘結(jié)固定，且使得行電極與列電極間呈縱橫交錯(cuò)分布，行電極通過行電極力敏油墨與列電極的列電極力敏油墨相接觸。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，檢測(cè)精度高，能適應(yīng)復(fù)雜表面的檢測(cè)要求，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
文檔編號(hào)G01L1/22GK102539035SQ20121001360
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者康威, 武斌, 王慰, 王雯, 胡慶慶 申請(qǐng)人:江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心