本發(fā)明涉及壓力傳感器，具體涉及一種柔性壓力傳感器及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、壓力傳感器是一種能夠感受壓力信號，并能夠按照一定的規(guī)律將壓力信號轉(zhuǎn)換成可用的輸出電信號的器件或裝置，其被廣泛應(yīng)用在水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天等領(lǐng)域。目前，壓力傳感器在制備時通常是將電極層和功能層分開制備，再粘連成一個整體，而由于材料的非均質(zhì)性，電極層和功能層的界面結(jié)合效果較差，會直接影響壓力傳感器的靈敏度和可靠性，在長期使用后可能會導(dǎo)致壓力傳感器損壞。而且，為了增加電極層的導(dǎo)電性，通常會使用導(dǎo)電性好的剛性電極材料，會導(dǎo)致壓力傳感器存在柔性不足的問題，壓力傳感器的柔性變形能力較差。此外，當(dāng)前大多數(shù)壓力傳感器的制造方法是先制備一個整體的傳感器材料，再根據(jù)實際需求進行切割和加工以獲得所需的形狀，存在會造成材料浪費、器件的形狀受限且集成困難、工藝復(fù)雜、制備效率低、設(shè)備要求高、成本高等問題，且容易引入誤差和缺陷，增加了壓力傳感器的制造成本以及降低了壓力傳感器的良品率。

2、因此，開發(fā)一種操作簡單、設(shè)備要求低、效率高、成本低的壓力傳感器制備方法，并制備出性能優(yōu)異、形狀可以靈活調(diào)節(jié)、柔性變形能力強的壓力傳感器具有十分重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種柔性壓力傳感器及其制備方法和應(yīng)用。

2、本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

3、一種柔性壓力傳感器的制備方法包括以下步驟：

4、1)將低粘度乙烯基硅油、導(dǎo)電材料和催化劑混勻制成導(dǎo)電油墨，并將高粘度乙烯基硅油、含氫硅油和氣相二氧化硅混勻制成功能材料基質(zhì)；

5、2)將導(dǎo)電油墨裝入打印裝置，再將打印裝置的打印頭伸入功能材料基質(zhì)中沿著設(shè)定的打印路徑進行嵌入式3d打印，再進行交聯(lián)固化，再將得到的制件取出進行清洗，即得柔性壓力傳感器。

6、優(yōu)選地，步驟1)所述低粘度乙烯基硅油的粘度為300mpa·s～500mpa·s，乙烯基含量為0.16mmol/g～0.21mmol/g。

7、優(yōu)選地，步驟1)所述導(dǎo)電材料為碳基材料、液態(tài)金屬中的至少一種。

8、進一步優(yōu)選地，步驟1)所述導(dǎo)電材料為液態(tài)金屬。液態(tài)金屬同時具備金屬導(dǎo)電性和流體性質(zhì)，可以使電極層兼具高導(dǎo)電性和高拉伸性。

9、優(yōu)選地，所述碳基材料為炭黑、石墨烯、碳納米管、碳纖維粉中的至少一種。

10、優(yōu)選地，所述液態(tài)金屬為熔點低于16℃的鎵銦錫合金。

11、優(yōu)選地，步驟1)所述催化劑為鉑催化劑。

12、優(yōu)選地，步驟1)所述導(dǎo)電油墨包括以下質(zhì)量百分含量的組分：

13、低粘度乙烯基硅油：10％～93％；

14、導(dǎo)電材料：4％～85％；

15、催化劑：3％～7％。

16、進一步優(yōu)選地，步驟1)所述導(dǎo)電油墨包括以下質(zhì)量百分含量的組分：

17、低粘度乙烯基硅油：10％～30％；

18、導(dǎo)電材料：65％～85％；

19、催化劑：3％～7％。

20、優(yōu)選地，步驟1)所述高粘度乙烯基硅油的粘度為5000mpa·s～10000mpa·s，乙烯基含量為0.05mmol/g～0.06mmol/g。

21、優(yōu)選地，步驟1)所述含氫硅油的含氫量為0.18wt％～0.25wt％。

22、優(yōu)選地，步驟1)所述功能材料基質(zhì)包括以下質(zhì)量百分含量的組分：

23、高粘度乙烯基硅油：40％～90％；

24、含氫硅油：5％～12％；

25、氣相二氧化硅：2％～48％。

26、進一步優(yōu)選地，步驟1)所述功能材料基質(zhì)包括以下質(zhì)量百分含量的組分：

27、高粘度乙烯基硅油：75％～90％；

28、含氫硅油：5％～12％；

29、氣相二氧化硅：2％～15％。

30、優(yōu)選地，步驟1)所述功能材料基質(zhì)的組分還包括功能填料。

31、優(yōu)選地，所述功能填料為鈦酸鋇粉末、聚丙烯腈粉末、尼龍粉末中的至少一種。功能填料的加入可以提高柔性壓力傳感器中的功能層的相對得/失電子能力，從而可以提高柔性壓力傳感器的電學(xué)輸出性能。

32、優(yōu)選地，所述功能填料在功能材料基質(zhì)中的質(zhì)量百分含量為0.1％～53％。

33、進一步優(yōu)選地，所述功能填料在功能材料基質(zhì)中的質(zhì)量百分含量為3％～18％。

34、優(yōu)選地，步驟2)所述設(shè)定的打印路徑中的任意相鄰的兩條打印路徑之間的間距為1.5mm～2.5mm。

35、優(yōu)選地，步驟2)所述制件呈矩形或圓形。

36、優(yōu)選地，步驟2)所述交聯(lián)固化在溫度為60℃～90℃的條件下進行，交聯(lián)固化的時間為2h～5h。

37、優(yōu)選地，步驟2)中將制件取出進行清洗后還在溫度為60℃～90℃的條件下進行了進一步的交聯(lián)固化，交聯(lián)固化的時間為1.5h～2.5h。

38、一種柔性壓力傳感器，其由上述制備方法制成。

39、一種電子產(chǎn)品，其包含上述柔性壓力傳感器。

40、本發(fā)明的原理：本發(fā)明將低粘度乙烯基硅油、導(dǎo)電材料和催化劑混勻制成具備打印性能和催化劑擴散效應(yīng)的導(dǎo)電油墨，并將高粘度乙烯基硅油、含氫硅油和氣相二氧化硅混勻制成功能材料基質(zhì)，再將導(dǎo)電油墨裝入打印裝置后將打印裝置的打印頭伸入功能材料基質(zhì)中沿著設(shè)定的打印路徑進行嵌入式3d打印，打印出來的導(dǎo)電油墨本身會發(fā)生交聯(lián)固化，且導(dǎo)電油墨中的催化劑會隨著打印路徑小范圍地向外擴散使相鄰打印路徑間的功能材料基質(zhì)也發(fā)生交聯(lián)固化，固化的導(dǎo)電油墨成為電極層，而固化的功能材料基質(zhì)則成為功能層，在此過程中，得益于導(dǎo)電油墨和功能材料基質(zhì)中均含有大量的乙烯基硅油，電極層和功能層在固化成形的過程中會相互無縫連接，一步制備便實現(xiàn)了電極層和功能層的同步制備和無縫集成，構(gòu)建了一體成形的柔性壓力傳感器，增加了壓力傳感器的可靠性。此外，通過靈活地設(shè)計不同的打印路徑可以使制備得到的柔性壓力傳感器展示出不同的形狀，從而可以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景，無需二次加工，在制備定制化、高復(fù)雜性結(jié)構(gòu)的柔性壓力傳感器方面具有突出的優(yōu)勢。

41、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的柔性壓力傳感器具有結(jié)構(gòu)一體化、性能優(yōu)異、形狀可以靈活調(diào)節(jié)、柔性變形能力強等優(yōu)點，且其制備方法具有操作簡單、設(shè)備要求低、效率高、成本低等優(yōu)勢，適合進行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

42、具體來說：

43、1)本發(fā)明的柔性壓力傳感器中的電極層和功能層的界面結(jié)合效果好，兩者構(gòu)成一體式結(jié)構(gòu)，使得柔性壓力傳感器的電學(xué)性能、輸出性能和穩(wěn)定性好；

44、2)本發(fā)明的柔性壓力傳感器中的電極層和功能層都是基于硅膠制成，因而兩者都具有可拉升性，柔性變形能力強；

45、3)本發(fā)明的柔性壓力傳感器的形狀靈活多變，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景設(shè)計不同的傳感器形狀，無需特殊的生產(chǎn)設(shè)備，且無需后續(xù)二次加工，可以滿足個性化和定制化需求，提高了壓力傳感器的制造效率以及降低了壓力傳感器的生產(chǎn)成本；

46、4)本發(fā)明的柔性壓力傳感器中的電極層和功能層同步制備，且無縫集成，操作簡單，生產(chǎn)效率高，制作成本低。