传感器与微系统（Transducer and Microsystem Technologies）２０１８年第３７卷第１０期
ＤＯI：１０.１３８７３/J.１０００—９７８７（２０１８）１０—０１１４—０３
柔性压力传感器设计与实现
顾志荣，秦会斌
（杭州电子科技大学电子与信息学院，浙江杭州310000）
摘要：为实现对不规则表面受力检测，以硅橡胶/超导炭黑复合材料为压敏材料，通过３D打印技术获
得微结构模具，转印复制其微小四棱锥结构制备柔性压力传感器。研究了以丝网印刷工艺制备柔性压力
传感器。实验结果表明：设计的传感器能够实现压力感知功能，且工艺流程简单，成本低廉，整体尺寸小，
为实现低成本、大面积、高密度柔性阵列传感器提供了一种方案。
关键词：全柔性；３D打印；压敏材料；丝网印刷
中图分类号：TP２１２ 文献标识码：A文章编号：１０００—９７８７（２０１８）１０—０１１４—０３
Ｄｅｓiｇｎaｎd imｐlｅmｅｎｔaｔiｏｎｏｆｆlｅxiblｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒ
GU Zhi-rong，QIN Hui-bin
（ＳｃｈｏｏlｏｆElｅｃｔｒｏｎiｃｓaｎd Iｎｆｏｒmaｔiｏｎ，HaｎｇzｈｏｕＤiaｎzi Uｎiｖｅｒｓiｔｙ，Haｎｇzｈｏｕ310000，Ｃｈiｎa）
Abｓｔｒaｃｔ：In order to realize the detection of irregular surface stress，silicon rubber/superconducting carbon black composite material is used as pressure-sensitive material，micro-structured mold is obtained by３D printing technology and copies its tiny quadrangular pyramid structure to prepare flexible pressure sensors.In addition，research on manufacture of flexible pressure sensors by screen printing process.Experimental result shows that the sensor can realize the pressure sensing function and the process is simple，the cost is low，the overall size is small，the research provides a solution for large-area，high-density flexible array sensors.
Kｅｙｗｏｒdｓ：fully compliant；３D printing；pressure sensitive material；screen printing
0 引言
近年，柔性传感器［１，２］在敏感材料，制造工艺，传感器结构等方面取得了很多成果。Lee H K等人［３］利用聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）设计了一种电容式触觉传感器，具有良好灵敏度和柔韧性。Ren G Y等人［４］利用聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride，PVDF）。制作了一
种新型的基于纳米纤维薄膜的柔性压力传感器，但由于PVDF基于压电效应，其只能测量动态力，无法实现对静态力的检测。Pand C团队［５］以医用胶带为上级板材料，在传感器下级板制备了微结构化阵列，极大提高了传感器分辨率和灵敏度。陈晓东团队［６］以PDMS转移复制微结构，并在其上自组装氧化石墨烯制得压阻式柔性传感器，具有极高灵敏度，响应时间可达０.２ms。郭小辉等人［６］利用有机硅导电银胶，石墨烯纳米片，炭黑/硅橡胶制备了薄膜温敏传感器和电容式力敏传感器，并采用可拼接的正六边形模块化阵列结构设计出了基于I２C总线的复合式传感器。虽然微结构能够提高传感器的灵敏度和分辨率，但大都基于软光刻工艺，成本较高，工艺复杂；大面积集成方面，收稿日期：２０１７—０９—２２存在传感器体积过大，传感阵列厚度较大等问题。
针对以上不足，本文以炭黑/硅橡胶制制备压敏复合材料，通过转印３D打印微结构模板图案，获得具有四棱锥结构的柔性压力传感器。此外，利用印刷工艺直接印刷压力传感器，实验表明，本文设计的传感器能够实现对压力的感
知，适合大面积集成应用。
1 柔性压力传感器设计
柔性压力传感器由柔性电极，柔性压敏材料和柔性基底组成。电极材料选用导电银浆，银含量约７０％，具有优异的导电性。压敏导电橡胶具有良好的导电性和柔韧性，制作工艺简单、成本低等特点，使其成为较理想的柔性压力传感器敏感材料。银浆固化需要较高的温度，因此，相比于目前应用较多的聚酯（polyester，PET），柔性基底选用聚酰亚胺（PI）能够耐受更高的温度。
1.1 压敏复合材料制备
实验材料和仪器：道康宁１８４硅橡胶，石脑油，ECP６００JD科琴超导炭黑；精密天平，磁力搅拌机，超声清洗机，真空干燥箱。压敏材料制备工艺如下：
将占硅橡胶质量的６％科琴黑加入石脑油中，磁力搅
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