一种柔性压力传感器的制备方法及应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115901031A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211331205.9(22)申请日2022.10.28(71)申请人山东科技大学地址266590山东省青岛市黄岛区前湾港路579号(72)发明人张鹏黄梁松张坤李玉霞王孝飞戴明凯苏藤腾(74)专利代理机构青岛智地领创专利代理有限公司37252专利代理师陈海滨(51)Int.Cl.G01L1/18(2006.01)A61B5/103(2006.01)A61B5/11(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种柔性压力传感器的制备方法及应用(57)摘要本发明公开了一种柔性压力传感器的制备方法及应用，使用TPU作为柔性基体材料，炭黑作为导电填料；利用丝网印刷工艺制作出单层式叉指电极，在传感器的压阻层表面引入微结构，通过二次倒模法制备出表面带有金字塔微结构的压阻层。该传感器应用在人体行走特征识别中，将制备的传感器单元进行阵列化设计，感知足底压力的变化。该识别方法基于硬件电路板采集五种不同的人体行走特征，并将阵列式传感器数据进行区域划分取均值，对区域化传感器数据进行样本分割及特征提取获得特征样本，对特征样本进行支持向量机算法的模型训练与验证，该模型测试结果的整体识别准确率为90.625％，从而实现了对步行、跑步、直立、上楼、下楼五种人体行走特征的识别。CN115901031ACN115901031A权利要求书1/2页1.一种柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备叉指电极层；将具有叉指电极图案的丝印网版固定在印刷机上，将PET薄膜固定在印刷机底板上，调整印刷机底板高度，使PET薄膜与丝印网版紧紧贴合在一起，取适量导电银浆，将导电银浆倒在丝印网版上，用刮刀将银浆刮涂平整，取走丝印网版，将PET薄膜置于真空箱中烘干，使导电银浆完全固化，得到传感器的叉指电极层；S2、制备压阻层；在solidworks软件中设计金字塔形金属器件模型并进行金工制作，将制作好的金属模型进行表面清洁并干燥；将PDMS预置液缓缓倒在金属模具上，置入真空箱中，温度为80℃，60min后固化成膜，取下PDMS膜，得到负模的金字塔微结构模板；配置适量的TPU预置液，并称取质量分数为7％的炭黑粉末放入烧杯，磁力搅拌30min后，置于真空箱中60min去除气泡，得到制备压阻层的混合溶液；将混合溶液换换倒在金字塔微结构模板上，并置于水中20min，使压阻层充分固化；对固化后的压阻层进行表面吸湿，并将其固定在玻璃片上，置于真空箱中120min，温度为35℃，进行烘干，得到表面具有金字塔微结构的压阻层；S3、封装传感器；将压阻层没有微结构的一面与单面带有粘性的PI薄膜紧密贴合，利用PI薄膜将压阻层具有微结构的一面与电极层紧密贴合，利用导电银胶将导线和叉指电极的接线端子形成电气连接，柔性压力传感器制备完成。2.根据权利要求1所述的一种柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述具有叉指电极图案的丝印网版的制备方法为：首先在visio软件中设计叉指电极的形状，整体尺寸为15mm×15mm，每个矩形叉指长为10mm，宽为1.8mm。3.根据权利要求1所述的一种柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，在所述S1中，选择厚度为0.08mm的PET薄膜。4.根据权利要求1所述的一种柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，在所述S1中，选择体积电阻为0.02mΩ的导电银浆。5.根据权利要求1所述的一种柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述金字塔微结构的边长及高度均为2mm。6.根据权利要求1所述的一种柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述PDMS预置液的制备方法为：将PDMS主剂与固化剂以10:1的比例混合搅拌30min，然后在真空状态下处理30min，除去溶液中的气泡。7.根据权利要求1所述的一种柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述TPU预置液的制备方法为：配置DMF有机溶剂及TPU颗粒的溶液与溶质比为5:1，置于磁力搅拌仪上充分搅拌120min。8.根据权利要求1‑7任一项所述的制备方法制备的柔性压力传感器的应用，其特征在于，用于人体行走特征的识别，选用12个柔性压力传感器，分布于足跟区域、足中区域、跖骨区域和脚趾区域，每个区域设置3个柔性压力传感器，进行阵列化传感器设计，使用铜导线及导电银胶将导线一端固定在阵列式传感器的接线端上，将导线另一端连接至同一个电路板，电路板包括信号采集模块、控制模块、无线传输模块以及电源模块，控制模块将采集到2CN115901031A权利要求书2/2页的传感器信号通过蓝牙传输到电脑端；包括以下步骤：S1、获得原始样本数据；将12个柔性压力传感器阵列化集成在鞋垫上，将采集