一种PVDF柔性压力传感器及其制备方法和系统转让专利
申请号 : CN201911342413.7
文献号 : CN111076849B
文献日 : 2021-11-12
发明人 : 张成鹏 , 姜兆亮 , 张进生 , 王继来
申请人 : 山东大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种PVDF柔性压力传感器制备系统,其特征在于:包括PVDF薄膜传送装置,及与PVDF薄膜传送装置依次连接的放卷模块、热压模块、涂布模块、清洗模块、极化模块、封装模块和收卷模块,PVDF薄膜传送装置的两端分别与放卷模块、收卷模块连接,PVDF通过PVDF薄膜传送装置由放卷模块运动到收卷模块,热压模块包括预热装置、压力辊、模具辊,PVDF薄膜连续进入预热装置、压力辊、模具辊,压力辊和模具辊配合转动,PVDF薄膜从压力辊和模具辊之间的位置穿过,PVDF薄膜穿过预热装置,模具辊为圆周上设置若干凸起的结构,模具辊使PVDF表面形成阵列电极、金属导线、引脚所需的若干凹坑结构;
热压模块包括风刀冷却装置,风刀冷却装置位于模具辊的下方。
2.根据权利要求1所述的PVDF柔性压力传感器制备系统,其特征在于:涂布模块包括涂布装置、导电材料固化装置,PVDF薄膜连续进入涂布装置、导电材料固化装置,涂布装置位于PVDF薄膜的上方,涂布装置的内部装入导电材料,涂布装置的底部开口,PVDF薄膜穿过导电材料固化装置。
3.根据权利要求1所述的PVDF柔性压力传感器制备系统,其特征在于:模具辊阵列电极部分的凸起为方型、圆柱型或圆锥型的结构,若干凸起成矩形阵列、圆形阵列、六边形阵列、菱形阵列或三角形阵列排布。
4.根据权利要求1所述的PVDF柔性压力传感器制备系统,其特征在于:清洗模块包括第一清洗模块和第二清洗模块,两个清洗模块在PVDF薄膜传送装置上顺序设置,两个清洗模块分别由清洗装置和清洗装置底部的清洗布组成,清洗装置位于PVDF薄膜的上方,清洗布与PVDF薄膜接触。
5.根据权利要求1所述的PVDF柔性压力传感器制备系统,其特征在于:极化模块包括放电装置、温控装置,PVDF薄膜穿过放电装置,温控装置与放电装置连接。
6.根据权利要求1所述的PVDF柔性压力传感器制备系统,其特征在于:封装模块包括刮涂装置和固化装置,刮涂装置位于PVDF薄膜的上方,PVDF薄膜穿过固化装置;刮涂装置用于在PVDF的表面涂覆PDMS,然后经过固化装置进行固化。
7.利用权利要求1‑6任一所述的PVDF柔性压力传感器制备系统的PVDF柔性压力传感器制备方法,其特征在于:具体步骤为:将PVDF薄膜先通过预热处理,然后经过热压模块,在PVDF的表面形成凹坑结构阵列;然后涂布模块中,在柔性PVDF薄膜表面刮涂一层导电材料,通过清洗模块清洗去掉凹坑结构阵列之外的导电材料,得到阵列电极、金属导线和引脚;清洗后的PVDF薄膜在极化模块中的高强度电场和温度场下进行极化,极化后在封装模块中采用PDMS进行封装,即可获得PVDF柔性压力传感器。
8.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于,在涂布模块中,刮涂的速度为0.4‑0.6m/min。
9.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于,在清洗模块中,清洗的速度为0.8‑1.2m/min。
10.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于,极化的电压为4‑6KV,温度为90‑110℃。
11.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于,PVDF薄膜厚度为1μm‑5mm,阵列电极凹坑底部尺寸为50nm‑10mm、深度为100nm‑5mm,阵列电极凹坑之间的间距为100nm‑1mm。
12.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于,封装模块中,PDMS涂布速度9‑11m/min,固化温度90‑110℃。
13.根据权利要求7所述的PVDF柔性压力传感器制备方法,其特征在于:热压模块中的压力辊的压力为70kgf,经过预热装置后的PVDF的温度为170‑180℃,压力辊和模具辊的速度为0.1‑0.5m/min,压力辊和模具辊的转速相同。
14.权利要求7‑8任一所述的PVDF柔性压力传感器制备方法制备得到的PVDF柔性压力传感器。
15.权利要求14所述的PVDF柔性压力传感器在触摸屏、柔性键盘、机器人感知皮肤、可穿戴医疗器件领域中的应用。
说明书 :
一种PVDF柔性压力传感器及其制备方法和系统
技术领域
背景技术
术。
空航天等领域具有广泛应用前景,如柔性电子显示器、薄膜太阳能电池和柔性射频识别等。
柔性传感器是柔性电子器件的核心部件,可起到外界信号感知作用,柔性压力传感器是一
类常用的传感器。
除光刻胶等步骤,比较繁琐,工业批量化生产效率较低。
发明内容
收卷模块,PVDF薄膜传送装置的两端分别与放卷模块、收卷模块连接,PVDF通过PVDF薄膜传
送装置由放卷模块运动到收卷模块,热压模块包括预热装置、压力辊、模具辊,PVDF薄膜连
续进入预热装置、压力辊、模具辊,压力辊和模具辊配合转动,PVDF薄膜从压力辊和模具辊
之间的位置穿过,PVDF薄膜穿过预热装置,模具辊为圆周上设置若干凸起的结构,模具辊使
PVDF表面形成阵列电极、金属导线、引脚所需的若干凹坑结构。
电极化、封装得到PVDF柔性压力传感器。相比于现有的刻蚀方法,能够实现连续自动化生
产。
料,涂布装置的底部开口,PVDF薄膜穿过导电材料固化装置。穿过导电材料固化装置后使
PVDF表面的导电材料进行硬化。
成,清洗装置位于PVDF薄膜的上方,清洗布与PVDF薄膜接触。清洗布清洗掉凹坑外侧的导电
材料。
行固化。
PVDF薄膜表面刮涂一层导电材料,通过清洗模块清洗去掉凹坑结构阵列之外的导电材料,
得到阵列电极、金属导线和引脚;清洗后的PVDF薄膜在极化模块中的高强度电场和温度场
下进行极化,极化后在封装模块中采用PDMS进行封装,即可获得PVDF柔性压力传感器。
固定的。刮涂、清洗等模块中,速度是刮刀、清洗头等移动速度,可以与薄膜移动速度不同。
压力传感器,具有精度高、灵敏度高、柔韧性强、抗冲击等优点,可广泛应用于触摸屏、柔性
键盘、机器人感知皮肤、可穿戴医疗器件等领域。
附图说明
压力辊,5、涂布装置,6、导电材料,7、导电材料固化装置,8、清洗装置,9、清洗布,10、放电装
置,11、温控装置,12、刮涂装置,13、PDMS固化装置,110、柔性PVDF薄膜,120、阵列电极,130、
金属导线,140、引脚,150、PDMS封装层。
具体实施方式
理解的相同含义。
也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。下面结合实施例对本发
明进一步说明
封装模块Ⅶ、收卷模块Ⅷ等。放卷模块Ⅰ和收卷模块Ⅷ提供材料的收放卷功能;热压模块Ⅱ
包含预热装置1、风刀冷却装置2、模具辊3、压力辊4;涂布模块Ⅲ包含涂布装置5、导电材料6
和导电材料固化装置7;清洗模块由两部分组成,第一清洗模块Ⅳ和第二清洗模块Ⅴ,都包
含清洗装置8和头部的清洗布9;极化模块Ⅵ包含放电装置10和温控装置11;封装模块Ⅶ主
要为PDMS刮涂装置12和PDMS固化装置13。
供压力,然后与模具辊3进行接触,有助于PVDF薄膜表面的自动成型。
料被清除。
下步骤:通过卷对卷连续热辊压工艺在柔性PVDF薄膜110表面加工凹坑结构阵列;然后在柔
性PVDF薄膜表面刮涂一层导电材料,并清洗去掉凹坑结构阵列之外的导电材料,得到阵列
电极120、金属导线130和引脚140;最后,在高强度电场和温度场下进行极化,采用PDMS进行
封装150,即可获得PVDF柔性压力传感器。在卷对卷连续热辊压过程中,速度为0.2m/min,压
力为70kgf,温度为180℃;在刮涂工艺中,刮涂速度为0.5m/min;在清洗工艺中,将蘸有酒精
的无尘布包在清洗装置头部,清洗速度为1m/min,反复清洗多次;在极化过程中,电压范围
5kV,温度范围为100℃;封装工艺中,PDMS涂布速度10m/min,固化温度100℃。
膜表面;柔性PVDF薄膜厚度为10μm;圆柱底部直径50μm,深度1μm,间距100μm。
kPa、25.3mV/kPa、31.7mV/kPa、38.1mV/kPa,如图5所示。从图中可以看出,力电耦合的斜率
和膜厚呈线性关系,并且随着膜厚增加,力电响应斜率增加。因此对于PVDF柔性压力传感器
设计,增加薄膜厚度有利于压力信号采集。
改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。