本申请涉及传感器,具体涉及一种传感结构及其制备方法。
背景技术:
1、传统的声电转换声传感器件主要包括动圈麦克风、振膜电容式麦克风、驻极体ecm麦克风等和目前市场主流的mems硅微麦克风等。然而这些声传感器多是基于刚性材质,存在硬度强、柔韧性差、厚度高及耗能大等特点。然而新兴的物联网、人工智能、可穿戴设备、无人平台和虚拟/增强现实技术等催生了对声传感器高度集成和超薄化的需求。
2、近年来,随着柔性电子的发展,基于柔性薄膜的功能材料和衬底材料广泛应用于可穿戴设备、无人平台等领域中,例如智能织物、可穿戴心电监测装置以及触觉或压力传感器等。其中基于压电聚合物薄膜的柔性声传感系统相较于传统的声电转换声传感器,具有传感面积大、灵敏度高、结构简单易共形、超薄等优点。基于压电聚合物薄膜声传感器具有重量轻、厚度薄、可任意变形、非侵入式安装等特点而在此类应用中受到关注。对于薄膜声传感器的需要薄膜与集成结构有较好的共形能力,从而适应基底结构变形并保持传感功能的有效性及可重构。然而目前大多数应用中基底产生较大变形或结构重构时,传感薄膜会脱离基体本体。而为了提高薄膜与基底的共形能力,绝大多数研究针对薄膜的厚度、材料属性以及粘接界面进行改进。但是对于上述改进对于其传感功能影响较大,无法兼顾良好的传感性能与共形能力。
3、目前,针对柔性声传感器的灵敏度、频率等性能的提升目前主要采用刚性支撑结构或模量大于传感器的薄膜来提高其拉应力,这无法满足新兴的物联网、人工智能、可穿戴设备、无人平台和虚拟/增强现实技术等对于超薄化、柔性化与可曲面共形的需求。目前大多数应用中基底产生较大变形或结构重构时,传感薄膜会脱离基体本体。而为了提高薄膜与基底的共形能力,绝大多数研究针对薄膜的厚度、材料属性以及粘接界面进行改进。但是对于上述改进对于其传感功能影响较大,无法兼顾良好的传感性能与共形能力。因此本发明涉及一种可与曲面共形的高灵敏柔性声学传感结构设计与制造技术,基于已有柔性压电薄膜材料,通过割纸工艺对薄膜局部区域进行切割,切割方案可以多样,核心在于将三维曲面展开成平面可展平面结构,同时确保结构变形过程中,如膨胀过程中,大部分薄膜处于拉应力状态,提升声感知系统的性能及一体化共形能力。
技术实现思路
1、针对上述技术问题,本申请提供一种传感结构,能适应基底变形并保持传感功能的有效性,具有超薄柔性和良好共形能力。
2、为解决上述技术问题,本申请提供一种传感结构,可变形基底和位于所述可变形基底上的压电薄膜层,所述压电薄膜层上设有预设切割图案,所述预设切割图案使所述压电薄膜层的形状随所述可变形基底的形变而产生变化。
3、可选地,所述压电薄膜层包括压电薄膜和位于所述压电薄膜的两侧表面的导电金属层。
4、可选地,所述预设切割图案包括多个均匀分布且间隔的切割线条。
5、可选地,所述传感结构还包括信号采集与显示系统,所述信号采集与显示系统和所述压电薄膜层之间设有柔性音频电路。
6、本申请还提供一种传感结构的制备方法,包括以下步骤:
7、s401.提供一压电薄膜层和一可变形基底;
8、s402.在所述压电薄膜层上切割形成预设切割图案,所述预设切割图案使所述压电薄膜层的形状随所述可变形基底的形变而产生变化;
9、s403.将所述压电薄膜层贴附至所述可变形基底上,得到所述传感结构。
10、可选地,所述s401步骤之前,所述方法,还包括:
11、提供一压电薄膜;
12、对所述压电薄膜进行高压极化处理;
13、在所述压电薄膜的上下表面分别形成导电金属层,得到所述压电薄膜层。
14、可选地,所述s402步骤,还包括:
15、在所述压电薄膜层上设置多个均匀分布且间隔的切割线条,以形成所述预设切割图案。
16、可选地,所述s402步骤之前,所述方法,还包括:
17、根据所述可变形基底的形状确定预设切割图案;
18、根据所述预设切割图案和所述可变形基底的形变方式确定所述切割线条的长度及分布方式。
19、可选地,所述s403步骤之后,所述方法,还包括:
20、通过柔性音频电路系统连接所述压电薄膜层和信号采集与显示系统。
21、可选地,所述s403步骤之后,所述方法,还包括:
22、对所述可变形基底进行充气变形。
23、本申请的传感结构及其制备方法,传感结构可变形基底和位于可变形基底上的压电薄膜层,压电薄膜层上设有预设切割图案,预设切割图案使压电薄膜层的形状随可变形基底的形变而产生变化。传感结构的制备方法,包括提供一压电薄膜层和一可变形基底;在压电薄膜层上切割形成预设切割图案,预设切割图案使压电薄膜层的形状随可变形基底的形变而产生变化;将压电薄膜层贴附至可变形基底上,得到传感结构。本申请的传感结构能适应基底变形并保持传感功能的有效性,具有超薄柔性和良好共形能力。
1.一种传感结构,其特征在于,包括可变形基底和位于所述可变形基底上的压电薄膜层,所述压电薄膜层上设有预设切割图案,所述预设切割图案使所述压电薄膜层的形状随所述可变形基底的形变而产生变化。
2.根据权利要求1所述的传感结构,其特征在于,所述压电薄膜层包括压电薄膜和位于所述压电薄膜的两侧表面的导电金属层。
3.根据权利要求1所述的传感结构,其特征在于,所述预设切割图案包括多个均匀分布且间隔的切割线条。
4.根据权利要求1所述的传感结构,其特征在于,所述传感结构还包括信号采集与显示系统,所述信号采集与显示系统和所述压电薄膜层之间设有柔性音频电路。
5.一种传感结构的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
6.根据权利要求5所述的传感结构的制备方法,其特征在于,所述s401步骤之前,所述方法,还包括:
7.根据权利要求5所述的传感结构的制备方法,其特征在于,所述s402步骤,还包括:
8.根据权利要求7所述的传感结构的制备方法,其特征在于,所述s402步骤之前,所述方法,还包括:
9.根据权利要求5所述的传感结构的制备方法,其特征在于,所述s403步骤之后,所述方法,还包括:
10.根据权利要求5所述的传感结构的制备方法,其特征在于,所述s403步骤之后,所述方法,还包括: