一种基于石墨烯的电容式压力传感器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106546362A(43)申请公布日2017.03.29(21)申请号201610960966.9(22)申请日2016.10.27(71)申请人中国科学院重庆绿色智能技术研究院地址400714重庆市北碚区方正大道266号(72)发明人魏大鹏宋雪芬杨俊孙泰于乐泳胡云史浩飞杜春雷(51)Int.Cl.G01L1/14(2006.01)G01L9/12(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种基于石墨烯的电容式压力传感器(57)摘要本发明公开了一种基于石墨烯的电容式压力传感器，其为平板式结构，自上而下包括石墨烯电极层，网络结构的聚合物弹性体与石墨烯电极层等三层。石墨烯电极层包括石墨烯透明导电薄膜以及PET支撑物。用聚合物弹性体来感应触碰压力所引起局部形变，弹性体的网络结构增加了电容式压力传感器的触点，从而提高了电容式压力传感器对低压与中压压力范围的灵敏度；弹性体的网络结构之间存在大量孔隙，增加了弹性体变形挤压空间，从而增大了该电容式压力传感器的压力测试范围。本发明中基于石墨烯的电容式压力传感器具有结构简单，造价低，透明、柔性，易于加工等特点。CN106546362ACN106546362A权利要求书1/1页1.一种基于石墨烯的电容式压力传感器，其为平板式结构，自上而下包括：石墨烯电极层，网状结构的聚合物弹性体与石墨烯电极层。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的电容式压力传感器，其特征在于：石墨烯电极层包括1～10层石墨烯透明导电薄膜以及PET支撑物。3.根据权利要求2所述的基于石墨烯的电容式压力传感器，其特征在于：所述石墨烯透明导电薄膜是通过常规的湿法转移，从铜箔衬底表面大面积地转移到PET上的石墨烯薄膜。4.根据权利要求1所述的基于石墨烯的电容式压力传感器，其特征在于：所述的网状结构的聚合物弹性体为硅橡胶或聚氨酯橡胶中的一种，厚度为0.1～500um。5.根据权利要求1所述的基于石墨烯的电容式压力传感器，其特征在于：所述的网状结构的聚合物弹性体为规整的垂直交叉状的网络结构，多孔状的网络结构以及海绵状多孔网络结构中的一种。6.根据权利要求5所述的基于石墨烯的电容式压力传感器，其特征在于：所述垂直交叉网状结构的制备方法是，将弹性体液与铜网或镍网浇筑，然后刻蚀铜或镍后得来，其垂直孔隙大小可以通过选择不同规格的铜网或镍网来控制，其中孔的尺寸从0.5×0.5mm2～无限大，此处无限大是指，只有弹性体边缘，即中间是空气，没有弹性物；所述海绵状多孔网络结构的制备方法是，将弹性体液浇筑镍泡沫或铜泡沫，然后湿法刻蚀金属得来，空隙大小与网络线的粗细可以通过选择不同规格的泡状金属来控制；所述多孔的网络结构制备方法是，将弹性体也与ZnO粉末混合，凝固后刻蚀掉ZnO颗粒得来，其中孔状的大小可以通过调节ZnO的粒径来控制，孔的稀疏可以通过调节ZnO的比例来控制。7.根据权利要求1所述的基于石墨烯的电容式压力传感器，其特征在于：所述网状结构的聚合物弹性体制备的过程中，刻蚀金属前，需要用剪刀将四周的多余弹性体减掉，并露出金属网络边缘，方便刻蚀液与金属物的接触，提高刻蚀效率。8.根据权利要求1所述的基于石墨烯的电容式压力传感器，其特征在于：所述网状结构的聚合物弹性体用来感应触碰压力所引起局部形变，弹性体的网状结构增加了电容式压力传感器的触点，从而提高了电容式压力传感器对低压与中压压力范围的灵敏度；弹性体网状结构之间的孔隙，增加了弹性体变形挤压空间，从而增大了该电容式压力传感器的压力敏感范围。9.根据权利要求1所述的基于石墨烯的电容式压力传感器，其特征在于：电容式压力传感器对压力的敏感度包括响应时间低至1ms，最小的测试压强为0.1Pa，敏感系数高达-0.8kPa-1；压力感应范围为0.1Pa～60kPa。2CN106546362A说明书1/4页一种基于石墨烯的电容式压力传感器技术领域[0001]本发明涉及一种电子器件，具体涉及一种基于石墨烯的电容式压力传感器，属于电子技术领域。背景技术[0002]电容式压力传感器，是一种利用电容敏感元件将被测压力转换成与之成一定关系的电量输出的压力传感器，具有结构简单，小输入大输出，反应速度快，抗干扰能力强，环境适应性好，制作成本低，易被制成透明柔性等特点。电容式压力传感器，多为平板式结构，由两个电极与中间绝缘介质组成；通过外界施压，挤压中间绝缘介质，改变两个电极之间的距离，进而改变两个电极间的电容值，该电容值通过与外界测量电路、装置相连，输出并采集。该电容信号的灵敏度大致外界压力成正比，与电极之间的距离成反比。[0003]近年来，石墨烯基的压力传感器受到了极大关注，尤其在未来的柔性、透明、可穿戴式设备等领域拥有广泛的市场