本(ben)發明屬于壓(ya)力(li)(li)傳感器領域(yu)，具(ju)體涉及一種基(ji)于離子泵效(xiao)應(ying)的差(cha)動電容式壓(ya)力(li)(li)傳感器及其制備方法。

背景技術：

1、壓(ya)(ya)力傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)在(zai)智能(neng)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)領域具(ju)(ju)有廣泛應用。近(jin)年來，各種壓(ya)(ya)力傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)被用于(yu)智能(neng)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)皮膚，按照不同(tong)的(de)(de)(de)工作原理(li)可分為壓(ya)(ya)阻式(shi)壓(ya)(ya)力傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容式(shi)壓(ya)(ya)力傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)、壓(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)式(shi)壓(ya)(ya)力傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)以及(ji)離(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)式(shi)壓(ya)(ya)力傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)等。其(qi)中(zhong)，將彈性體和離(li)子(zi)液體結(jie)合作為介(jie)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)材料，基于(yu)該(gai)介(jie)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)材料制備出的(de)(de)(de)離(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)式(shi)柔性壓(ya)(ya)力傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)，由于(yu)在(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極與(yu)介(jie)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)層之(zhi)間形(xing)成了納米尺度(du)(du)的(de)(de)(de)雙電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)層電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容（edls），因此(ci)具(ju)(ju)有極高(gao)的(de)(de)(de)靈敏度(du)(du)。目前常通過(guo)引入表(biao)面(mian)微結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)方法，利用edls界(jie)(jie)(jie)面(mian)面(mian)積(ji)(ji)的(de)(de)(de)變化(hua)影(ying)響傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容變化(hua)。然而(er)，edls界(jie)(jie)(jie)面(mian)面(mian)積(ji)(ji)的(de)(de)(de)變化(hua)與(yu)壓(ya)(ya)力之(zhi)間呈(cheng)非線性關系，難以兼具(ju)(ju)高(gao)靈敏與(yu)寬測量范圍(wei)。通過(guo)合理(li)設計電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極與(yu)介(jie)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)層結(jie)構(gou)，能(neng)夠有效(xiao)改善(shan)界(jie)(jie)(jie)面(mian)面(mian)積(ji)(ji)與(yu)壓(ya)(ya)力之(zhi)間的(de)(de)(de)線性關系，并通過(guo)削弱(ruo)介(jie)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)層表(biao)面(mian)微結(jie)構(gou)在(zai)施加壓(ya)(ya)力過(guo)程中(zhong)發生的(de)(de)(de)形(xing)變而(er)提(ti)高(gao)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)范圍(wei)。

2、中國專利申請(qing)cn115678060a公開的“介(jie)電薄膜、電容式壓(ya)力傳感器及其制備方(fang)法(fa)”，將pdms作(zuo)為基體(ti)并摻(chan)入(ru)熱膨脹顆粒(li)(li)，利用熱膨脹顆粒(li)(li)受熱膨脹特(te)性在pdms表面形(xing)成半(ban)球(qiu)形(xing)凸起，得到空心半(ban)球(qiu)表面結構，提高電容式壓(ya)力傳感器靈(ling)敏度。

3、中國專(zhuan)利申(shen)請cn114479468a公開的(de)(de)“一種(zhong)cnt/pdms柔性(xing)復合(he)(he)材料制(zhi)備(bei)方法及電(dian)容式壓力傳感器”，采用強酸(suan)氧化法改性(xing)后的(de)(de)碳(tan)(tan)納(na)米(mi)(mi)管(guan)(guan)cnt與(yu)糖顆粒(li)充分混(hun)(hun)合(he)(he)，并加入pdms海綿(mian)與(yu)固化劑(ji)，制(zhi)備(bei)了(le)具有(you)良好力學性(xing)能的(de)(de)柔性(xing)介(jie)電(dian)層(ceng)，碳(tan)(tan)納(na)米(mi)(mi)管(guan)(guan)與(yu)糖顆粒(li)的(de)(de)混(hun)(hun)合(he)(he)可有(you)效(xiao)抑(yi)制(zhi)納(na)米(mi)(mi)管(guan)(guan)之間的(de)(de)團聚現(xian)象(xiang)，促進了(le)碳(tan)(tan)納(na)米(mi)(mi)管(guan)(guan)在介(jie)電(dian)層(ceng)均勻分散，使傳感器具有(you)良好的(de)(de)耐(nai)久度以(yi)及穩定性(xing)。

4、中國專利申請cn114018447a公開的(de)(de)“基于折紙結(jie)構的(de)(de)柔性電(dian)容式壓(ya)力傳(chuan)感(gan)器”，受折紙結(jie)構啟發，將折紙結(jie)構引入介電(dian)層(ceng)(ceng)，當(dang)傳(chuan)感(gan)器受到縱向壓(ya)力時介電(dian)層(ceng)(ceng)發生橫(heng)向形(xing)變，電(dian)極與介電(dian)層(ceng)(ceng)之(zhi)間面積(ji)增(zeng)大，電(dian)容具有(you)明顯的(de)(de)變化量，增(zeng)大了電(dian)容壓(ya)力傳(chuan)感(gan)器的(de)(de)靈敏度(du)。

5、中國專利申請cn115962870a公開(kai)的(de)“梯度可(ke)填充結構超(chao)寬范圍(wei)電容式壓力(li)傳感(gan)器及(ji)其制備(bei)方(fang)法”，向(xiang)聚乙烯醇(chun)基體中加入植酸溶(rong)液做力(li)學改性(xing)，聚乙烯醇(chun)與植酸之間形成強力(li)的(de)氫(qing)鍵能在復合基體中形成獨特(te)的(de)多重協(xie)同(tong)網絡，提(ti)高(gao)了(le)介電層可(ke)拉伸性(xing)，同(tong)時向(xiang)介電層薄膜上制備(bei)了(le)梯度微結構，提(ti)高(gao)了(le)傳感(gan)器靈敏度以及(ji)測量范圍(wei)。

6、中(zhong)國專利(li)cn113686466b公(gong)開的(de)(de)(de)(de)“寬量程(cheng)柔性(xing)電(dian)容式(shi)壓力(li)傳感器及其制備方法”，使用(yong)的(de)(de)(de)(de)復(fu)合(he)介質層(ceng)由(you)柔性(xing)基底(di)材料(liao)和納(na)米(mi)鐵磁(ci)性(xing)材料(liao)混合(he)而成，通過磁(ci)鐵控制納(na)米(mi)鐵磁(ci)性(xing)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)排布，加強在壓力(li)作(zuo)用(yong)下電(dian)偶(ou)極子之間的(de)(de)(de)(de)耦(ou)合(he)作(zuo)用(yong)，提高了介電(dian)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)介電(dian)系數，提高了傳感器的(de)(de)(de)(de)靈敏度。

7、中國(guo)專(zhuan)利cn114136504b公(gong)開的(de)“一種電(dian)容式柔性壓力傳(chuan)感器及其制備方法”，通過采(cai)用單面微加工技術在柔性聚合(he)物襯底上制備了(le)特定間隙的(de)平行電(dian)極(ji)(ji)板以及具(ju)有倒(dao)梯形(xing)結構的(de)介(jie)質層(ceng)，提高了(le)介(jie)電(dian)層(ceng)與(yu)電(dian)極(ji)(ji)之間的(de)間隙形(xing)狀的(de)受力形(xing)變(bian)時的(de)穩定性，增大了(le)電(dian)極(ji)(ji)板載受壓下(xia)的(de)機械(xie)形(xing)變(bian)和(he)恢(hui)復恢(hui)復速(su)度，提高了(le)傳(chuan)感器的(de)靈敏度和(he)響應時間。

8、中國專利cn114993523b公開的“回字(zi)型(xing)凸(tu)起(qi)結構(gou)的變(bian)(bian)面(mian)積電(dian)(dian)容(rong)(rong)式壓力傳感器及其(qi)制(zhi)備方(fang)法(fa)”，在電(dian)(dian)極上(shang)制(zhi)備了具有回字(zi)形(xing)(xing)凸(tu)起(qi)結構(gou)陣(zhen)列(lie)，當傳感器受到壓力荷(he)載時(shi)，電(dian)(dian)極層表面(mian)回字(zi)形(xing)(xing)凸(tu)起(qi)結構(gou)產生形(xing)(xing)變(bian)(bian)，增大(da)了電(dian)(dian)容(rong)(rong)改變(bian)(bian)量，且(qie)能(neng)通過(guo)尺寸調(diao)節低成本(ben)地實(shi)現不同靈敏度，不同線性量程(cheng)的電(dian)(dian)容(rong)(rong)壓力傳感器制(zhi)作。

9、中(zhong)(zhong)國專利cn115096480b公開的“一(yi)種柔性電(dian)容式壓力傳(chuan)感(gan)器的制備方法”，設計了(le)雙介(jie)電(dian)層結構(gou)，其中(zhong)(zhong)一(yi)層引入(ru)了(le)具有(you)多孔結構(gou)的納(na)米纖維膜(mo)并加入(ru)了(le)銀粉，提(ti)(ti)高(gao)了(le)介(jie)電(dian)層的介(jie)電(dian)常數，另(ling)一(yi)層引入(ru)了(le)微柱(zhu)結構(gou)陣(zhen)列以實現應力集(ji)中(zhong)(zhong)，介(jie)電(dian)層可(ke)獲得更(geng)大的形變量，提(ti)(ti)高(gao)了(le)靈敏(min)度和檢測范圍。

10、綜上可(ke)見，相關科研(yan)人員圍繞離電(dian)式柔性(xing)(xing)壓力(li)傳感器靈敏(min)度與線性(xing)(xing)度展開了(le)較多的(de)研(yan)究(jiu)工作，但仍(reng)然(ran)存(cun)在下列不足：

11、1、普(pu)遍通過介電(dian)層(ceng)(ceng)表(biao)面微結構設計提(ti)高傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)靈敏度(du)和(he)拓(tuo)寬傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)線性度(du)，由于缺少介電(dian)層(ceng)(ceng)內部自由移動離(li)子分布的調(diao)控手(shou)段(duan)，較小壓力作用下，離(li)子就將快速聚集到介電(dian)層(ceng)(ceng)-電(dian)極界面形成雙電(dian)層(ceng)(ceng)，導致(zhi)雙電(dian)層(ceng)(ceng)界面電(dian)容過快增大(da)到飽(bao)和(he)狀態，從而使得傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)壓力傳(chuan)感(gan)(gan)范圍和(he)線性程度(du)差。

12、2、為增大(da)傳(chuan)(chuan)感器(qi)的靈(ling)敏度，并調整線(xian)性工作(zuo)范圍，普(pu)遍在(zai)介(jie)電層(ceng)表面設計如金字(zi)塔(ta)、圓(yuan)柱(zhu)、圓(yuan)臺、微(wei)錐(zhui)等單(dan)一(yi)(yi)實心體微(wei)結構(gou)，由于(yu)微(wei)結構(gou)在(zai)小壓(ya)力(li)下快速(su)完成形變(bian)，介(jie)電層(ceng)進一(yi)(yi)步隨著壓(ya)力(li)增大(da)而(er)繼續形變(bian)，傳(chuan)(chuan)感器(qi)的靈(ling)敏度值存在(zai)明顯(xian)的分段特征(zheng)。

13、3、現有(you)工作對電極與介電層之間的(de)物理(li)連接研究較少。當(dang)介電層不(bu)含(han)微結構時，在(zai)物理(li)連接情況下，電極或者(zhe)介電層之間的(de)不(bu)平(ping)整使得(de)兩(liang)者(zhe)間空氣氣隙不(bu)同(tong)，導致傳感(gan)器(qi)的(de)一致性差。當(dang)介電層包(bao)含(han)微結構時，若(ruo)帶微結構的(de)介電層與電極之間不(bu)存在(zai)穩(wen)定的(de)物理(li)連接，由于接觸面(mian)積(ji)小，傳感(gan)器(qi)的(de)穩(wen)定性同(tong)樣無法得(de)到可靠保證。

14、4、目前(qian)離電(dian)式柔性(xing)壓(ya)力(li)傳(chuan)感器內部(bu)離子運動容易受溫(wen)度影(ying)響，導致(zhi)在不同溫(wen)度下(xia)離子遷移(yi)率(lv)不同，雙電(dian)層單(dan)位面積電(dian)容發生改(gai)變，易出現(xian)零點漂(piao)移(yi)現(xian)象。而(er)目前(qian)離電(dian)式壓(ya)力(li)傳(chuan)感器常用材料改(gai)性(xing)，而(er)少有通過(guo)結構(gou)設計的方式修正溫(wen)度對電(dian)容的影(ying)響，增加了傳(chuan)感器測量誤差。

15、5、傳(chuan)統(tong)的(de)差動式結(jie)構普遍(bian)采(cai)用(yong)剛性(xing)機械結(jie)構，具有較(jiao)大(da)(da)的(de)三(san)維尺寸、硬質多(duo)模塊與需要機械組裝等(deng)特(te)點。考慮到柔性(xing)壓力傳(chuan)感器(qi)具有輕薄(bo)和大(da)(da)面積的(de)特(te)點，傳(chuan)統(tong)的(de)差動式結(jie)構難以直接應用(yong)于(yu)柔性(xing)壓力傳(chuan)感器(qi)中，具有極大(da)(da)的(de)改(gai)進(jin)空(kong)間，但相關研究較(jiao)少(shao)。

16、綜上所示，制備(bei)一(yi)種兼備(bei)寬線性(xing)、高靈敏(min)和弱(ruo)溫度(du)敏(min)感性(xing)的電容式壓力傳(chuan)感器目前仍具有較大挑戰。

技術實現思路

1、本發明的目的在于(yu)(yu)克服(fu)現有技(ji)術的不足，提供(gong)了(le)一種基于(yu)(yu)離子泵效(xiao)應的差動電容式壓(ya)力(li)傳(chuan)感器及其制備方法。

2、本發明是通(tong)過以下(xia)技(ji)術方案實現的(de)：

3、基于離子泵效應的(de)差動電(dian)容式壓力傳感器，包括封(feng)(feng)裝(zhuang)框架(jia)，其特點在(zai)于：所述封(feng)(feng)裝(zhuang)框架(jia)上開有頂部敞口(kou)的(de)空(kong)腔，封(feng)(feng)裝(zhuang)框架(jia)的(de)空(kong)腔中設(she)置有差動式壓力敏(min)感單(dan)元，封(feng)(feng)裝(zhuang)框架(jia)頂部設(she)有壓力感應單(dan)元；

4、差動式壓力敏感單(dan)元(yuan)包括由(you)上往下(xia)依次層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)疊設置的(de)(de)(de)(de)上電(dian)極(ji)(ji)(ji)、上介(jie)電(dian)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)、中(zhong)電(dian)極(ji)(ji)(ji)、下(xia)介(jie)電(dian)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和(he)下(xia)電(dian)極(ji)(ji)(ji)，各介(jie)電(dian)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)由(you)靠近中(zhong)電(dian)極(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)離(li)(li)子傳輸層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和(he)遠離(li)(li)中(zhong)電(dian)極(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)離(li)(li)子吸附層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)構成，離(li)(li)子傳輸層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)面向中(zhong)電(dian)極(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)一(yi)側(ce)設有表(biao)(biao)(biao)面凸(tu)出(chu)微結構，表(biao)(biao)(biao)面凸(tu)出(chu)微結構包括多個同心的(de)(de)(de)(de)環形(xing)凸(tu)起(qi)，中(zhong)電(dian)極(ji)(ji)(ji)上下(xia)兩(liang)側(ce)分別(bie)設有凹進(jin)的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面定(ding)(ding)(ding)位(wei)微結構，表(biao)(biao)(biao)面定(ding)(ding)(ding)位(wei)微結構包括多個同心的(de)(de)(de)(de)環形(xing)定(ding)(ding)(ding)位(wei)槽(cao)，離(li)(li)子傳輸層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)多個環形(xing)凸(tu)起(qi)與中(zhong)電(dian)極(ji)(ji)(ji)對(dui)應(ying)側(ce)的(de)(de)(de)(de)多個環形(xing)定(ding)(ding)(ding)位(wei)槽(cao)一(yi)一(yi)對(dui)應(ying)的(de)(de)(de)(de)相柔性(xing)擠壓接觸，封裝框架的(de)(de)(de)(de)空腔內側(ce)壁中(zhong)段開有一(yi)圈環形(xing)插槽(cao)，中(zhong)電(dian)極(ji)(ji)(ji)外緣嵌入至環形(xing)插槽(cao)中(zhong)，且(qie)在環形(xing)插槽(cao)底(di)壁設有用于對(dui)中(zhong)電(dian)極(ji)(ji)(ji)進(jin)行彈性(xing)支撐的(de)(de)(de)(de)彈性(xing)支撐體(ti)；

5、壓(ya)力感應單元包(bao)括壓(ya)板(ban)以及設置(zhi)在壓(ya)板(ban)底(di)部(bu)的(de)至少(shao)兩(liang)個(ge)(ge)觸(chu)(chu)頭，壓(ya)板(ban)底(di)面設有(you)一(yi)(yi)層(ceng)彈(dan)性(xing)體，彈(dan)性(xing)體底(di)部(bu)固(gu)定在封裝框(kuang)架上，封裝框(kuang)架頂部(bu)開(kai)有(you)至少(shao)兩(liang)個(ge)(ge)插(cha)孔，插(cha)孔底(di)部(bu)與環形(xing)插(cha)槽相連通，插(cha)孔的(de)數量(liang)(liang)與觸(chu)(chu)頭的(de)數量(liang)(liang)相等(deng)且(qie)一(yi)(yi)一(yi)(yi)對應，壓(ya)力感應單元的(de)各(ge)個(ge)(ge)觸(chu)(chu)頭分別插(cha)入至封裝框(kuang)架的(de)各(ge)個(ge)(ge)插(cha)孔中并與中電極表面相接觸(chu)(chu)。

6、進一步地，所述離子傳輸層的(de)環(huan)(huan)形凸起靠(kao)近中電(dian)極的(de)一端(duan)為(wei)尖頭端(duan)，環(huan)(huan)形定位(wei)槽(cao)的(de)橫(heng)截面呈弧形，初始狀態下，各個環(huan)(huan)形凸起的(de)尖頭端(duan)在對應(ying)的(de)環(huan)(huan)形定位(wei)槽(cao)中朝向環(huan)(huan)形凸起圓心的(de)方向彎(wan)曲。

7、進(jin)一步地，所述表面凸(tu)出微結構的(de)環(huan)形凸(tu)起(qi)(qi)(qi)的(de)數量為6~8，相鄰環(huan)形凸(tu)起(qi)(qi)(qi)的(de)間距為1~2?mm，環(huan)形凸(tu)起(qi)(qi)(qi)的(de)高度為0.3~0.6?mm，各個環(huan)形凸(tu)起(qi)(qi)(qi)的(de)高度由內(nei)向(xiang)外(wai)依次減小(xiao)。

8、進一步地，所(suo)述壓板底(di)部的(de)觸頭(tou)為與封裝框架的(de)空腔同心的(de)弧形板狀結(jie)構，觸頭(tou)的(de)弧度(du)范圍為0.5~1?rad，高度(du)范圍為2.5~3?mm。

9、進一(yi)步(bu)地：所(suo)(suo)述(shu)離(li)子吸附層(ceng)由熱塑(su)性聚氨酯、聚環(huan)氧(yang)(yang)乙烷(wan)、n-乙烯(xi)基(ji)(ji)(ji)吡(bi)咯(ge)(ge)(ge)烷(wan)酮親(qin)水(shui)(shui)改性的(de)(de)db-mmt及雙氟(fu)磺酰亞胺(an)鋰(li)鹽(yan)按質(zhi)量比2：1.5：0.1~0.5：0.3~0.5制成(cheng)，其中n-乙烯(xi)基(ji)(ji)(ji)吡(bi)咯(ge)(ge)(ge)烷(wan)酮親(qin)水(shui)(shui)改性的(de)(de)db-mmt是由n-乙烯(xi)基(ji)(ji)(ji)吡(bi)咯(ge)(ge)(ge)烷(wan)酮對蒙脫土與乙烯(xi)基(ji)(ji)(ji)三(san)甲氧(yang)(yang)基(ji)(ji)(ji)硅(gui)烷(wan)質(zhi)量比為4~6：1的(de)(de)混合物進行改性獲得；所(suo)(suo)述(shu)離(li)子傳(chuan)輸層(ceng)由聚乙烯(xi)醇、羧基(ji)(ji)(ji)化纖維(wei)素納(na)米(mi)纖維(wei)和雙氟(fu)磺酰亞胺(an)鋰(li)鹽(yan)按質(zhi)量比1~4：0.1~0.4：0.4混合制成(cheng)。所(suo)(suo)述(shu)離(li)子傳(chuan)輸層(ceng)的(de)(de)離(li)子電(dian)導(dao)率不高于(yu)(yu)7×10-4s/cm，彈性模量不大于(yu)(yu)20?mpa；所(suo)(suo)述(shu)離(li)子吸附層(ceng)的(de)(de)離(li)子電(dian)導(dao)率不低于(yu)(yu)5×10-3s/cm，彈性模量不小于(yu)(yu)30?mpa。

10、進一步地：所(suo)述中(zhong)電(dian)(dian)(dian)(dian)極由(you)熱塑性聚(ju)氨酯、聚(ju)乙烯醇與聚(ju)苯胺(an)按(an)質量(liang)比2.5：5：6~8制成；所(suo)述上電(dian)(dian)(dian)(dian)極與下電(dian)(dian)(dian)(dian)極由(you)sebs、殼聚(ju)糖及(ji)聚(ju)苯胺(an)按(an)質量(liang)比為(wei)1.5：1.5：2~4制成。所(suo)述上電(dian)(dian)(dian)(dian)極和下電(dian)(dian)(dian)(dian)極的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)導率均不(bu)低(di)于(yu)2×103s/cm，厚度(du)為(wei)0.3~0.7?mm，拉伸(shen)強度(du)為(wei)1~3?mpa，拉伸(shen)斷裂率不(bu)低(di)于(yu)20%；所(suo)述中(zhong)電(dian)(dian)(dian)(dian)極的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)導率不(bu)低(di)于(yu)4×103?s/cm，彈性模量(liang)不(bu)低(di)于(yu)60?mpa。

11、所(suo)述的(de)基于離(li)子泵(beng)效應(ying)的(de)差動電(dian)容式壓力傳感(gan)器的(de)制備方法(fa)，包(bao)括(kuo)如下步驟：

12、步驟1、制備(bei)離(li)子吸附層(ceng)

13、將(jiang)(jiang)蒙脫土(tu)(tu)（mmt）超(chao)聲(sheng)分散到去(qu)離子水中(zhong)，獲得蒙脫土(tu)(tu)懸浮(fu)溶(rong)液(ye)；將(jiang)(jiang)乙(yi)(yi)烯基(ji)三(san)甲氧(yang)(yang)基(ji)硅烷(wan)（db171）加(jia)入到去(qu)離子水、乙(yi)(yi)醇和乙(yi)(yi)酸的混合液(ye)中(zhong)并攪(jiao)拌(ban)均勻，獲得乙(yi)(yi)烯基(ji)三(san)甲氧(yang)(yang)基(ji)硅烷(wan)溶(rong)液(ye)；將(jiang)(jiang)乙(yi)(yi)烯基(ji)三(san)甲氧(yang)(yang)基(ji)硅烷(wan)溶(rong)液(ye)加(jia)入到蒙脫土(tu)(tu)懸浮(fu)溶(rong)液(ye)中(zhong)，90~100℃下攪(jiao)拌(ban)10~12小(xiao)時，所得產(chan)物經過濾(lv)、洗滌、真(zhen)空(kong)干(gan)燥，獲得蒙脫土(tu)(tu)與乙(yi)(yi)烯基(ji)三(san)甲氧(yang)(yang)基(ji)硅烷(wan)的混合物，記為db-mmt；其中(zhong)，蒙脫土(tu)(tu)與乙(yi)(yi)烯基(ji)三(san)甲氧(yang)(yang)基(ji)硅烷(wan)的質量比為4~6：1；

14、將(jiang)n-乙烯基(ji)吡(bi)(bi)咯(ge)烷酮(tong)（nvp）與去離子水按質(zhi)量(liang)比(bi)3:7混合(he)(he)，獲得(de)n-乙烯基(ji)吡(bi)(bi)咯(ge)烷酮(tong)的(de)(de)水溶(rong)液；將(jiang)db-mmt加(jia)入到(dao)n-乙烯基(ji)吡(bi)(bi)咯(ge)烷酮(tong)的(de)(de)水溶(rong)液中，再加(jia)入作為(wei)催化劑(ji)的(de)(de)h2o2溶(rong)液和nh3·h2o溶(rong)液，在50~60℃水浴、氮氣氣氛下進行接枝聚合(he)(he)反應4~5小(xiao)時，所得(de)產(chan)物經(jing)離心、洗(xi)滌、真空干燥，獲得(de)n-乙烯基(ji)吡(bi)(bi)咯(ge)烷酮(tong)親水改性(xing)的(de)(de)db-mmt；其(qi)中，db-mmt與n-乙烯基(ji)吡(bi)(bi)咯(ge)烷酮(tong)的(de)(de)質(zhi)量(liang)比(bi)為(wei)1：15~20；

15、將熱塑性(xing)聚氨(an)酯(zhi)溶解在dmf中，獲得熱塑性(xing)聚氨(an)酯(zhi)溶液(ye)；將聚環(huan)氧(yang)乙(yi)烷(wan)(wan)溶解在去離(li)子水(shui)(shui)中，獲得聚環(huan)氧(yang)乙(yi)烷(wan)(wan)溶液(ye)；將n-乙(yi)烯基(ji)吡(bi)咯烷(wan)(wan)酮親水(shui)(shui)改性(xing)的(de)(de)db-mmt、雙氟磺酰(xian)亞(ya)胺鋰鹽（lifsi）與(yu)熱塑性(xing)聚氨(an)酯(zhi)溶液(ye)、聚環(huan)氧(yang)乙(yi)烷(wan)(wan)溶液(ye)混(hun)合并攪(jiao)拌(ban)均勻，獲得離(li)子吸附層溶液(ye)；其中，熱塑性(xing)聚氨(an)酯(zhi)、聚環(huan)氧(yang)乙(yi)烷(wan)(wan)、n-乙(yi)烯基(ji)吡(bi)咯烷(wan)(wan)酮親水(shui)(shui)改性(xing)的(de)(de)db-mmt、雙氟磺酰(xian)亞(ya)胺鋰鹽的(de)(de)質量比為2：1.5：0.1~0.5：0.3~0.5；

16、通過旋(xuan)涂工(gong)藝將離(li)子吸(xi)附層溶液成膜，得到離(li)子吸(xi)附層；

17、步驟2、制備離子傳輸層

18、將聚乙(yi)烯醇(chun)溶解在去離子(zi)水中，加入(ru)羧基化(hua)纖維素納米纖維在70~80?℃下攪拌至(zhi)粘(zhan)稠，再加入(ru)雙(shuang)氟磺酰(xian)亞(ya)胺鋰(li)鹽（lifsi）并(bing)攪拌均勻，獲得離子(zi)傳輸層溶液(ye)；其中，聚乙(yi)烯醇(chun)、羧基化(hua)纖維素納米纖維和雙(shuang)氟磺酰(xian)亞(ya)胺鋰(li)鹽的質量(liang)比為1~4：0.1~0.4：0.4；

19、采用澆(jiao)鑄工(gong)藝結(jie)合(he)模具成型的(de)方式，將所述離(li)子(zi)傳(chuan)輸層溶(rong)液成型為設(she)有表面(mian)凸出微(wei)結(jie)構的(de)離(li)子(zi)傳(chuan)輸層；

20、步驟(zou)3、制(zhi)備介電層(ceng)

21、將步(bu)(bu)驟1所制得的離(li)子(zi)吸(xi)附層表面用甘油濕潤并(bing)疊上步(bu)(bu)驟2所制得的離(li)子(zi)傳輸層，在40~50℃下加熱10~15分鐘，使(shi)離(li)子(zi)吸(xi)附層表和離(li)子(zi)傳輸層黏合，得到介電層；

22、重復制備兩個介電(dian)層(ceng)，分別作為上介電(dian)層(ceng)和下介電(dian)層(ceng)；

23、步驟4、制備電極層

24、將sebs顆粒溶(rong)解到二甲苯中得到sebs溶(rong)液(ye)(ye)；將殼聚(ju)(ju)糖(tang)溶(rong)解在去(qu)離子水中得到殼聚(ju)(ju)糖(tang)溶(rong)液(ye)(ye)；將sebs溶(rong)液(ye)(ye)與(yu)(yu)殼聚(ju)(ju)糖(tang)溶(rong)液(ye)(ye)混合后，加入聚(ju)(ju)苯胺并(bing)攪拌均(jun)勻，得到上(shang)下電(dian)極導電(dian)漿(jiang)料；通(tong)過旋(xuan)涂工藝將所述上(shang)下電(dian)極導電(dian)漿(jiang)料分別制(zhi)成上(shang)電(dian)極與(yu)(yu)下電(dian)極；其中，sebs、殼聚(ju)(ju)糖(tang)及聚(ju)(ju)苯胺的質量比為1.5：1.5：2~4；

25、將(jiang)熱塑(su)性(xing)聚(ju)(ju)氨(an)酯顆粒溶(rong)解(jie)在dmf中得(de)(de)到熱塑(su)性(xing)聚(ju)(ju)氨(an)酯溶(rong)液(ye)；將(jiang)聚(ju)(ju)乙烯(xi)醇顆粒溶(rong)解(jie)在去離子(zi)水中得(de)(de)到聚(ju)(ju)乙烯(xi)醇溶(rong)液(ye)；將(jiang)熱塑(su)性(xing)聚(ju)(ju)氨(an)酯溶(rong)液(ye)和聚(ju)(ju)乙烯(xi)醇溶(rong)液(ye)混合后，加(jia)入聚(ju)(ju)苯胺并攪拌(ban)均勻，得(de)(de)到中電極(ji)導(dao)電漿(jiang)(jiang)料；采用澆(jiao)鑄工(gong)藝(yi)結(jie)合模具成(cheng)型的(de)(de)(de)方式，將(jiang)中電極(ji)導(dao)電漿(jiang)(jiang)料制成(cheng)上下兩側分別(bie)設有(you)凹進(jin)的(de)(de)(de)表面(mian)定(ding)位微結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)中電極(ji)；其中，熱塑(su)性(xing)聚(ju)(ju)氨(an)酯、聚(ju)(ju)乙烯(xi)醇與聚(ju)(ju)苯胺的(de)(de)(de)質(zhi)量比為(wei)2.5：5：6~8；

26、步驟5、制備封裝框(kuang)架

27、將(jiang)雙組(zu)分(fen)室溫(wen)固化硅橡(xiang)膠的a組(zu)分(fen)與b組(zu)分(fen)混合(he)均勻，獲得(de)封(feng)裝(zhuang)漿料；采用澆鑄工藝結合(he)模具成型的方式，將(jiang)所述(shu)封(feng)裝(zhuang)漿料制成封(feng)裝(zhuang)框(kuang)架；

28、步驟6、制(zhi)備彈性(xing)支撐體和彈性(xing)體

29、將單組分(fen)室溫固化硅橡膠(jiao)通過澆鑄工(gong)藝結(jie)合模具成型的方式(shi)分(fen)別制成彈(dan)性(xing)體(ti)與彈(dan)性(xing)支撐體(ti)；

30、步驟7、制備壓力(li)感應(ying)單元

31、采用3d打印技術制作包括壓(ya)板以及設置在壓(ya)板底部的(de)至少兩個觸頭的(de)壓(ya)力感應單元；

32、步(bu)驟8、組裝壓力傳感器(qi)

33、在(zai)封(feng)裝框架(jia)(jia)的(de)空腔內側壁的(de)中段開一(yi)圈環形(xing)插(cha)槽(cao)，并在(zai)封(feng)裝框架(jia)(jia)頂(ding)部(bu)開與觸(chu)頭數量相等(deng)且一(yi)一(yi)對應的(de)插(cha)孔(kong)；

34、然(ran)后將各部件組裝，即獲得差(cha)動(dong)電容(rong)式壓(ya)力(li)傳感器。

35、與已有技(ji)術相比，本(ben)發(fa)明的(de)有益效果體現(xian)在(zai)：

36、1、本發明提供(gong)的基于(yu)離子泵(beng)效應的差動電(dian)容式壓力傳感(gan)器(qi)的結構(gou)中：

37、首先，其壓力(li)敏感(gan)單元引入(ru)了差動結構(gou)，結合(he)雙電(dian)(dian)層效(xiao)應(ying)，單位壓力(li)下雙電(dian)(dian)層電(dian)(dian)容面(mian)積變(bian)化(hua)率增大(da)，提升了傳感(gan)器(qi)的靈敏度，且(qie)結構(gou)上(shang)的對稱性(xing)能有(you)效(xiao)補償溫度變(bian)化(hua)所造(zao)成的測量誤差；

38、其次(ci)，其差動式壓力(li)敏(min)感(gan)(gan)(gan)單元(yuan)中，在(zai)離(li)子傳(chuan)輸(shu)層面向中電極的一側(ce)設有由多個同心的環形(xing)凸(tu)起(qi)構成的表(biao)面凸(tu)出微結構，降(jiang)低了傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器初始電容；當(dang)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器承受(shou)小壓力(li)和(he)大壓力(li)時，均可以發生(sheng)形(xing)變，延緩了表(biao)面凸(tu)出微結構的形(xing)變飽和(he)，提高了傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器測(ce)量范圍；

39、再(zai)次，在中電(dian)極上下兩(liang)側分(fen)別設(she)有(you)凹(ao)進(jin)的(de)表面定(ding)(ding)位(wei)微結構，表面定(ding)(ding)位(wei)微結構包括多(duo)個同心的(de)環(huan)形(xing)(xing)定(ding)(ding)位(wei)槽，多(duo)個環(huan)形(xing)(xing)凸(tu)起與多(duo)個環(huan)形(xing)(xing)定(ding)(ding)位(wei)槽一一對應的(de)相柔(rou)性擠壓接觸，既能(neng)對多(duo)個環(huan)形(xing)(xing)凸(tu)起的(de)彎曲方向進(jin)行定(ding)(ding)位(wei)，又能(neng)增大(da)兩(liang)者的(de)接觸面積，確保在壓力循環(huan)下中電(dian)極與介電(dian)層(ceng)之間的(de)接觸面變化基本(ben)相同，從而(er)提(ti)高了壓力傳感器的(de)穩(wen)定(ding)(ding)性。

40、2、本發明提供的基(ji)于離(li)子(zi)泵效應的差動電容(rong)式壓(ya)力傳(chuan)感器的材料中：

41、首(shou)先(xian)，離子(zi)吸附(fu)層中(zhong)(zhong)含有熱(re)(re)塑(su)(su)性(xing)聚(ju)(ju)氨(an)酯(zhi)、聚(ju)(ju)環(huan)氧(yang)(yang)(yang)乙烷(wan)、mmt和(he)li鹽(yan)(yan)。mmt能(neng)對li離子(zi)產生吸附(fu)作(zuo)用(yong)(yong)，限制li離子(zi)的(de)(de)(de)(de)初始(shi)分布位置，降(jiang)低傳(chuan)感(gan)器初始(shi)電(dian)容，提(ti)高(gao)(gao)了(le)(le)(le)電(dian)容式壓力(li)(li)傳(chuan)感(gan)器靈敏(min)度，且在大壓力(li)(li)作(zuo)用(yong)(yong)下離子(zi)吸附(fu)層會產生離子(zi)泵效(xiao)應，延緩了(le)(le)(le)雙電(dian)層表面電(dian)荷飽和(he)，擴大了(le)(le)(le)傳(chuan)感(gan)器線(xian)性(xing)范圍。熱(re)(re)塑(su)(su)性(xing)聚(ju)(ju)氨(an)酯(zhi)和(he)聚(ju)(ju)環(huan)氧(yang)(yang)(yang)乙烷(wan)的(de)(de)(de)(de)聚(ju)(ju)合物鏈(lian)形(xing)成互穿網絡（熱(re)(re)塑(su)(su)性(xing)聚(ju)(ju)氨(an)酯(zhi)中(zhong)(zhong)含有硬(ying)段鏈(lian)和(he)軟段鏈(lian)；硬(ying)段鏈(lian)中(zhong)(zhong)—nh與—c=o和(he)—c—o—c—基(ji)團(tuan)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)鍵(jian)相(xiang)互作(zuo)用(yong)(yong)得(de)到了(le)(le)(le)一(yi)種(zhong)交聯結構；同(tong)時熱(re)(re)塑(su)(su)性(xing)聚(ju)(ju)氨(an)酯(zhi)鏈(lian)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)—nh基(ji)團(tuan)與聚(ju)(ju)環(huan)氧(yang)(yang)(yang)乙烷(wan)鏈(lian)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)—c—o—c—基(ji)團(tuan)形(xing)成氫(qing)鍵(jian)相(xiang)互作(zuo)用(yong)(yong)。這(zhe)種(zhong)相(xiang)互作(zuo)用(yong)(yong)有效(xiao)地降(jiang)低了(le)(le)(le)聚(ju)(ju)環(huan)氧(yang)(yang)(yang)乙烷(wan)的(de)(de)(de)(de)結晶度，提(ti)高(gao)(gao)了(le)(le)(le)聚(ju)(ju)環(huan)氧(yang)(yang)(yang)乙烷(wan)的(de)(de)(de)(de)機械(xie)強度），提(ti)高(gao)(gao)了(le)(le)(le)吸附(fu)層的(de)(de)(de)(de)力(li)(li)學性(xing)能(neng)，同(tong)時由于聚(ju)(ju)環(huan)氧(yang)(yang)(yang)乙烷(wan)的(de)(de)(de)(de)醚(mi)鍵(jian)與li離子(zi)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)互作(zuo)用(yong)(yong)，促(cu)進了(le)(le)(le)li鹽(yan)(yan)在吸附(fu)層中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)解離，使其(qi)分布更(geng)加均(jun)勻。

42、其次，上、下電(dian)極由聚(ju)苯胺、sebs和(he)殼聚(ju)糖(tang)制備而(er)成。其中sebs能(neng)與封裝框(kuang)架以及介電(dian)層(ceng)之間產生(sheng)強粘附性，同時殼聚(ju)糖(tang)長鏈提高了(le)電(dian)極的拉(la)伸性，提高了(le)傳(chuan)感器(qi)結構(gou)穩定性，延長了(le)傳(chuan)感器(qi)使用壽命(ming)。

43、再(zai)次，離子傳輸層含有(you)聚(ju)乙(yi)烯醇(chun)和(he)羧(suo)基化(hua)纖維(wei)素(su)納米纖維(wei)。聚(ju)乙(yi)烯醇(chun)與羧(suo)基化(hua)纖維(wei)素(su)納米纖維(wei)之(zhi)間產生(sheng)強氫鍵(jian)交聯位點，抑制了聚(ju)乙(yi)烯醇(chun)結晶，在提高傳輸層拉伸強度的同(tong)時降低了其彈性模量，在壓力作用下更容易發生(sheng)形變，提升了傳感器(qi)靈敏度。