技术领域
[0001] 本发明涉及光学传感技术领域，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。
相关背景技术
[0002] 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。
[0003] 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。
具体实施方式
[0026] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027] 为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0028] 实施例一
[0029] 如图1所示，本发明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的制备方法，包括以下步骤：
[0030] 步骤100：制备具有微坑阵列的硅片模具；
[0031] 步骤200：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；
[0032] 步骤300：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；
[0033] 步骤400：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；
[0034] 步骤500：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。
[0035] 在上述步骤中，步骤100具体包括：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。具体的，硅片上微坑的深度为30～100μm。
[0036] 在步骤200中，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。
[0037] 更为具体的，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。
[0038] 在步骤400中，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。
[0039] 采用上述提供的制备方法，进而制备得到如图2所示的可视化可拉伸压力传感器，其中，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。另外，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，参照图3，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。
[0040] 具体应用：将可视化可拉伸压力传感器放置在硬质基座上，当具有一定图案的物体施加一定作用力在力致发光微柱上，接触受力的力致发光微柱就会产生可见光，与施加力的物体图案相对应，施加的压力越强，力致发光微柱产生的可见光强度越大，利用摄像头可以采集力致发光微柱发光的图案，可以显示物体在不同位置的压力大小情况。另外，本实‑1施例所提供的可视化可拉伸压力传感器具备1520kPa 的灵敏度、80kPa的压力感知精度，还具备超过400dpi的高平面压力映射分辨率。
[0041] 因此，在本实施例中，利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)和ZnS：Cu/ZnS：Mn微粒制备的力致发光微柱阵列获得柔性压力传感器。在灵敏度和分辨率方面，所制备的压力传感器结构中的力致发光微柱阵列是由相距一定距离的微柱构成，微柱由聚二甲基硅氧烷和ZnS：Cu/ZnS：Mn微粒组成，能够形成阵列的发光微结构，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，使得该传感器在灵敏度、响应时间有较大提升。在压力信号可视化方面，由于这种结构引入了具备高空间分辨率的力致发光微柱阵列完成压力信号向光信号的转换，因此，能够实现传感器对压力分布的可视化。
[0042] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
