基于力致发光微柱的可视化可拉伸压力传感器及制备方法

本发明涉及光学传感，特别是涉及一种基于力致发光微柱的可视化可拉伸压力传感器及制备方法。

背景技术：

1、电子皮肤由于能够像人的皮肤一样感知外部物理世界，能够将外部物理世界的信号转换为电信号或者光信号等，是实现物理世界联通数字世界的桥梁，在健康监测、增强现实(ar)和人机接口等方面有巨大的应用潜力。通常，电子皮肤由大量的柔性压力传感器构成，在复杂的三维表面完成对于压力分布的检测，以获得相应信号用于后续智能感知系统的分析。但目前的柔性压力传感器在一些运用上逐渐表现出其局限性，包括目前的压力分布检测空间分辨率低，容易串扰、响应滞后等，造成设备反馈性低、信号采集不完整、不准确等实际应用问题。这是由于压力分布检测通常由多个纵横排列的柔性压力传感器阵列实现，每一个传感单元的输出体现相应位置的压力情况，单个传感单元的难以缩小，使得压力分布检测的空间分辨率偏低。

2、另外，目前的柔性压力传感器直接输出电学信号，难以对于压力的实际分布进行直观展示；同时，目前柔性压力传感器存在空间压力分布分辨率低、难以可视化、响应时间长的问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供基于力致发光微柱的可视化可拉伸压力传感器及制备方法，解决了目前柔性压力传感器存在空间压力分布分辨率低、难以可视化、响应时间长的问题，该压力传感器具备高灵敏度、可视化、可拉神等性能，具有良好的应用前景，深化了其应用价值。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于力致发光微柱的可视化可拉伸压力传感器的制备方法，包括以下步骤：

4、制备具有微坑阵列的硅片模具；

5、将力致发光微粒与聚二甲基硅氧烷单体混合搅拌，随后加入交联剂混合搅拌均匀，得到混合物；

6、将所述混合物覆盖于所述硅片模具的表面，并通过旋涂机进行均匀旋涂；

7、将覆盖有混合物的硅片模具放入烘箱中进行热固化，得到力致发光复合材料；

8、通过镊子将所述力致发光复合材料从所述硅片模具上剥离，得到相连的力致发光微柱和力致发光薄膜，即制备得到压力传感器。

9、优选地，所述制备具有微坑阵列的硅片模具，包括：制备圆孔阵列结构的掩模版，所述掩模版的圆孔直径为30～200μm，圆孔中心间距为60～400μm；随后在硅片上旋涂光刻胶，并将均匀涂覆有光刻胶的硅片与所述掩模板相结合进行光刻；随后通过深硅刻蚀完成所述硅片模具的制备。

10、优选地，所述硅片上微坑的深度为30～100μm。

11、优选地，将力致发光微粒与聚二甲基硅氧烷单体混合搅拌，随后加入交联剂混合搅拌均匀，得到混合物，包括：所述力致发光微粒由zns：cu/zns：mn微粒组成，所述力致发光微粒与所述聚二甲基硅氧烷单体的质量比为0.5:1～3:1。

12、优选地，所述交联剂为sylgard 184silicone elastomer curingagent，所述聚二甲基硅氧烷单体与所述交联剂的重量比为8～12:1。

13、优选地，将覆盖有混合物的硅片模具放入烘箱中进行热固化，得到力致发光复合材料，包括：所述烘箱的温度为80～100℃，所述热固化的时间为60～120min。

14、本发明还提供了一种基于力致发光微柱的可视化可拉伸压力传感器，所述压力传感器通过上述提供的制备方法制备得到；所述压力传感器从上而下依次包括所述力致发光微柱和力致发光薄膜，所述力致发光微柱与力致发光薄膜相连。

15、优选地，所述力致发光微柱和力致发光薄膜均由聚二甲基硅氧烷和zns：cu/zns：mn微粒组成，所述力致发光微柱的直径为30μm、中心间距为60～400μm、高度为30～200μm。

16、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

17、(1)本发明与现有的用于平面压力分布的柔性压力传感器相比，本发明具有力致发光微柱阵列结构，这种微柱表面与压力施加面存在较小的接触面积，在较小压力情况下能够引发zns：cu/zns：mn微粒受力大小的急剧增加，当zns：cu/zns：mn微粒所有压力其阈值就会发出绿色或者橙色可见光，使得该传感器在对外界压力的灵敏度上有较大提升。

18、(2)本发明所提供的可视化可拉伸压力传感器利用力致发光材料受力自发发光的特性，使得该传感器无需外界电源就能将压力信号直接转换为肉眼可见的光学信号，与其他技术相比，压力分布展示更直观，能够实现对压力分布情况的实时可视化；另外，该传感器成分组成简单，由聚二甲基硅氧烷和zns:cu/zns:mn微粒组成，聚二甲基硅氧烷具有可拉伸性，使得整个器件具有可拉神的特点；与现在技术相比，该传感器能够同时具备高灵敏度、可视化、可拉神等性能，具有良好的应用前景，深化了其应用价值。

1.一种基于力致发光微柱的可视化可拉伸压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于力致发光微柱的可视化可拉伸压力传感器的制备方法，其特征在于，所述制备具有微坑阵列的硅片模具，包括：制备圆孔阵列结构的掩模版，所述掩模版的圆孔直径为30～200μm，圆孔中心间距为60～400μm；随后在硅片上旋涂光刻胶，并将均匀涂覆有光刻胶的硅片与所述掩模板相结合进行光刻；随后通过深硅刻蚀完成所述硅片模具的制备。

3.根据权利要求2所述的一种基于力致发光微柱的可视化可拉伸压力传感器的制备方法，其特征在于，所述硅片上微坑的深度为30～100μm。

4.根据权利要求1所述的一种基于力致发光微柱的可视化可拉伸压力传感器的制备方法，其特征在于，将力致发光微粒与聚二甲基硅氧烷单体混合搅拌，随后加入交联剂混合搅拌均匀，得到混合物，包括：所述力致发光微粒由zns：cu/zns：mn微粒组成，所述力致发光微粒与所述聚二甲基硅氧烷单体的质量比为0.5:1～3:1。

5.根据权利要求4所述的一种基于力致发光微柱的可视化可拉伸压力传感器的制备方法，其特征在于，所述交联剂为sylgard 184silicone elastomer curingagent，所述聚二甲基硅氧烷单体与所述交联剂的重量比为8～12:1。

6.根据权利要求1所述的一种基于力致发光微柱的可视化可拉伸压力传感器的制备方法，其特征在于，将覆盖有混合物的硅片模具放入烘箱中进行热固化，得到力致发光复合材料，包括：所述烘箱的温度为80～100℃，所述热固化的时间为60～120min。

7.一种基于力致发光微柱的可视化可拉伸压力传感器，其特征在于，所述压力传感器通过如权利要求1～6任一项所述的压力传感器的制备方法制备得到；所述压力传感器从上而下依次包括所述力致发光微柱和力致发光薄膜，所述力致发光微柱与力致发光薄膜相连。

8.根据权利要求7所述的一种基于力致发光微柱的可视化可拉伸压力传感器，其特征在于，所述力致发光微柱和力致发光薄膜均由聚二甲基硅氧烷和zns：cu/zns：mn微粒组成，所述力致发光微柱的直径为30μm、中心间距为60～400μm、高度为30～200μm。