壓力傳感器用片、壓力傳感器及壓力傳感器用片的制造方法
【專利摘要】為了提供柔韌性高、更高靈敏度的極薄的壓力傳感器用片、壓力傳感器以及壓力傳感器用片的制造方法，本發(fā)明的壓力傳感器用片(10)的特征在于，其具備：第一電極片(1a)、第二電極片(1b)和棉狀的壓敏導(dǎo)電層(3)，該壓敏導(dǎo)電層(3)配置于上述第一電極片(1a)與上述第二電極片(1b)之間且是因被擠壓而電阻值發(fā)生變化的導(dǎo)電性纖維(2)纏繞而成的，上述導(dǎo)電性纖維(2)在與兩個電極片平行的方向取向并延伸，且在垂直的方向上層疊而被配置，在構(gòu)成上述壓敏導(dǎo)電層的上述導(dǎo)電性纖維彼此間還具有空隙部。
【專利說明】
壓力傳感器用片、壓力傳感器及壓力傳感器用片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及壓力傳感器用片、壓力傳感器及壓力傳感器用片的制造方法。
[0002]本申請要求基于2014年2月6日在日本申請的日本特愿2014-021488號的優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援引于此。
【背景技術(shù)】
[0003]用有機(jī)半導(dǎo)體制作的柔性電子設(shè)備因其原材的柔軟性而適用于人體的表面或體內(nèi)。因此，近年來，利用柔性電子設(shè)備作為從細(xì)胞或組織直接獲得生物體信息的手段受到了注目。
[0004]壓力傳感器作為其應(yīng)用之一而受到注目。壓力傳感器是將被施加的壓力以電信號的形式輸出的元件。壓力傳感器被廣泛利用在例如人工皮膚、機(jī)器人的操作等中(專利文獻(xiàn)I)。這些技術(shù)不斷地取得進(jìn)步，并且要求獲得更精密的數(shù)據(jù)。為了得到更精密的數(shù)據(jù)，需要使壓力傳感器更適合于被測定物的形狀、或者還需追隨屈伸等動作。因此，要求更柔韌且薄的壓力傳感器。
[0005]為了實現(xiàn)此種壓力傳感器，進(jìn)行了以下所示的研究。
[0006]在專利文獻(xiàn)2中，作為單純矩陣驅(qū)動的壓敏傳感器，公開一種將包含圓筒狀彈性體、以層狀形成于該圓筒狀彈性體的外周面的導(dǎo)電體層和形成在該導(dǎo)電體層上的電介質(zhì)層的壓敏用線材縱橫編織而成的壓敏片。
[0007]在專利文獻(xiàn)3中公開了利用電極、壓敏導(dǎo)電片和晶體管的有源矩陣驅(qū)動的壓敏傳感器，并且公開了在硅橡膠中添加石墨而成的壓敏導(dǎo)電片。
[0008]在專利文獻(xiàn)4中，作為壓敏導(dǎo)電片，而公開了在橡膠基材的表面形成含有導(dǎo)電材料的樹脂涂膜而形成兩層以上的構(gòu)成的柔韌的壓敏傳感器。通過形成兩層以上的構(gòu)成，從而可以改善壓力一電阻變化的磁滯。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)1:日本特開2013 —136141號公報
[0012]專利文獻(xiàn)2:日本特開2008 —170425號公報
[0013]專利文獻(xiàn)3:日本特開2013 — 068562號公報
[0014]專利文獻(xiàn)4:日本特開2012 —145447號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]發(fā)明要解決的課題
[0016]但是，專利文獻(xiàn)I?4中公開的壓力傳感器用片具有數(shù)百μπι?數(shù)_的厚度。因此，就這些壓力傳感器用片而言，對于具有復(fù)雜形狀的物體或活動物體而無法得到的充分的追隨性，進(jìn)而無法得到精密的數(shù)據(jù)。例如，在專利文獻(xiàn)2記載的壓力傳感器用片的壓敏用線材的基材即圓筒狀彈性體的外徑為250μπιΦ。為了作為壓力傳感器用片發(fā)揮作用，記載了壓力傳感器整體的厚度需要具有其外徑以上的厚度。另外，在專利文獻(xiàn)3中記載了僅作為壓力傳感器用片的一部分的橡膠基材的厚度需要為_數(shù)量級的厚度。
[0017]另外，就這些壓力傳感器用片而言，由于相對于施加壓力的電阻值的變化并不充分，因此無法將微小的壓力變化以輸出信號的方式充分地反映。即，這些壓力傳感器用片無法得到高靈敏度的數(shù)據(jù)。例如，在專利文獻(xiàn)2的圖3中記載了相對于施加壓力的電阻值的變化不超過數(shù)百kQ。
[0018]若使用使橡膠基材、樹脂涂膜含有導(dǎo)電性的材料的壓力傳感器用片，則除了由壓力傳感器用片的垂直方向的壓力變化所致的電阻值的變化以外，在壓力傳感器用片沿著平行方向伸長的情況下，也會導(dǎo)致電阻值發(fā)生變化。原本想要測定的電阻值變化為伴隨壓力傳感器用片的垂直方向的壓力變化的電阻值變化。對此，與在平行方向延伸相伴的電阻值變化為噪音。因此，若使用以往的壓力傳感器用片，則壓力傳感器用片在彎曲的狀態(tài)和伸展的狀態(tài)下測定的結(jié)果產(chǎn)生差異。即，這些壓力傳感器用片無法高靈敏度地測定對具有復(fù)雜形狀的物體或活動物體施加的壓力。
[0019]此外，有源矩陣驅(qū)動的壓力傳感器需要在晶體管上分別配置壓敏導(dǎo)電層和電極片。但是，由于壓敏導(dǎo)電層包含黑色的橡膠，因此無法在安裝后目視貼附表面。另外，在將此種壓力傳感器用片安裝于生物體的情況(例如安裝在皮膚表面的情況)下，包含無通氣性的橡膠的壓敏導(dǎo)電層無法透過水分和空氣，并且無法進(jìn)行基于空氣的移流的散熱。因此，有時因安裝部位悶熱而出現(xiàn)不適感、皮膚等的炎癥。
[0020]本發(fā)明鑒于上述情況而完成，其目的在于，提供柔韌性高、更高靈敏度的極薄的壓力傳感器用片、壓力傳感器以及壓力傳感器用片的制造方法。
[0021]用于解決課題的手段
[0022]為了解決上述課題，本發(fā)明采用了以下的手段。
[0023](I) 一種壓力傳感器用片，其特征在于，具備:第一電極片、第二電極片和棉狀的壓敏導(dǎo)電層，該壓敏導(dǎo)電層配置在上述第一電極片與上述第二電極片之間且是因被擠壓而電阻值發(fā)生變化的導(dǎo)電性纖維纏繞而成的，上述導(dǎo)電性纖維在與兩個電極片平行的方向上取向并延伸，且在垂直的方向上層疊而被配置，在構(gòu)成上述壓敏導(dǎo)電層的上述導(dǎo)電性纖維彼此間還具有空隙部。
[0024](2)根據(jù)(I)所述的壓力傳感器用片，其特征在于，上述導(dǎo)電性纖維是在高分子材料中分散了導(dǎo)電性材料的導(dǎo)電性纖維。
[0025](3)根據(jù)(2)所述的壓力傳感器用片，其特征在于，上述導(dǎo)電性材料包含第一導(dǎo)電性材料及第二導(dǎo)電性材料，上述第一導(dǎo)電性材料為線狀的導(dǎo)電性材料，上述第二導(dǎo)電性材料為粒子狀(包括鱗片狀)的導(dǎo)電性材料。
[0026](4)根據(jù)(3)所述的壓力傳感器用片，其特征在于，上述第一導(dǎo)電性材料為碳納米管或碳納米角，上述第二導(dǎo)電性材料為石墨烯或炭黑。
[0027](5)根據(jù)(3)或(4)中任一項所述的壓力傳感器用片，其特征在于，上述導(dǎo)電性纖維中，上述第一導(dǎo)電性材料的質(zhì)量比小于上述第二導(dǎo)電性材料的質(zhì)量比。
[0028](6)根據(jù)(I)?(5)中任一項所述的壓力傳感器用片，其特征在于，在構(gòu)成上述壓敏導(dǎo)電層的上述導(dǎo)電性纖維中，與上述第一電極片或上述第二電極片接觸的部分的至少一部分粘結(jié)于上述第一電極片或上述第二電極片。
[0029](7)根據(jù)(I)?(6)中任一項所述的壓力傳感器用片，其特征在于，在上述壓敏導(dǎo)電層與上述第二電極之間還具有第二導(dǎo)電性纖維纏繞而成的第二壓敏導(dǎo)電層，上述導(dǎo)電性纖維的與上述第一電極片接觸的部分的至少一部分粘結(jié)于上述第一電極片，上述第二導(dǎo)電性纖維的與上述第二電極片接觸的部分的至少一部分粘結(jié)于上述第二電極片。
[0030](8)根據(jù)(7)所述的壓力傳感器用片，其特征在于，上述壓敏導(dǎo)電層與上述第二壓敏導(dǎo)電層相粘接。
[0031](9)根據(jù)(2)?(7)中任一項所述的壓力傳感器用片，其特征在于，上述高分子材料為彈性體。
[0032](10)根據(jù)(I)?(9)中任一項所述的壓力傳感器用片，其特征在于，上述第一電極片和上述第二電極片為透明電極。
[0033](11)根據(jù)(I)?(10)中任一項所述的壓力傳感器用片，其特征在于，從與上述電極片垂直的方向來看，上述壓敏導(dǎo)電層具有無上述導(dǎo)電性纖維的空隙部。
[0034](12)根據(jù)(I)?(11)中任一項所述的壓力傳感器用片，其特征在于，上述導(dǎo)電性纖維的直徑小于上述第一電極片及上述第二電極片的厚度。
[0035](13)根據(jù)(I)?(12)中任一項所述的壓力傳感器用片，其特征在于，上述導(dǎo)電性纖維的直徑為I OOnm?I Oym。
[0036](14)根據(jù)(I)?(13)中任一項所述的壓力傳感器用片，其特征在于，上述壓敏導(dǎo)電層的厚度小于上述第一電極片與上述第二電極片的厚度的合計。
[0037](15)根據(jù)(I)?(14)中任一項所述的壓力傳感器用片，其特征在于，上述第一電極片及上述第二電極片的厚度大致相同。
[0038](16)根據(jù)(I)?(15)中任一項所述的壓力傳感器用片，其特征在于，上述第一電極片或上述第二電極片具有通氣性。
[0039](17)根據(jù)(I)?(16)中任一項所述的壓力傳感器用片，其特征在于，上述壓敏導(dǎo)電層的厚度為上述導(dǎo)電性纖維的直徑的2倍以上且100倍以下。
[0040](18)根據(jù)(I)?(17)中任一項所述的壓力傳感器用片，其特征在于，上述壓敏導(dǎo)電層的厚度為0.5μηι?ΙΟΟμπι以下。
[0041](19)根據(jù)(I)?(18)中任一項所述的壓力傳感器用片，其特征在于，在上述壓敏導(dǎo)電層中混雜有非導(dǎo)電性纖維。
[0042](20)—種壓力傳感器，其特征在于，(I)?(19)中任一項所述的壓力傳感器用片的、上述第一電極片或上述第二電極片中的至少一方的電極與晶體管連接。
[0043](21)—種壓力傳感器用片的制造方法，其特征在于，是(I)?(19)中任一項所述的壓力傳感器用片的制造方法，其利用靜電紡絲沉積法將包含高分子材料和導(dǎo)電性材料的分散系液體噴射到第一電極片上，形成導(dǎo)電性纖維纏繞而成的壓敏導(dǎo)電層。
[0044](22)—種壓力傳感器用片的制造方法，其特征在于，具有:第一工序，在溶劑中混合第一導(dǎo)電材料和離子液體，得到在溶劑中分散有第一導(dǎo)電材料的第一分散系;第二工序，在溶劑中混合第二導(dǎo)電材料，得到在溶劑中分散有第二導(dǎo)電材料的第二分散系;第三工序，將第一分散系與第二分散系混合，得到第三分散系;第四工序，在第三分散系中添加高分子材料并攪拌，得到第四分散系;和第五工序，利用靜電紡絲沉積法將第四分散系噴射到第一電極片上，形成導(dǎo)電性纖維纏繞而成的壓敏導(dǎo)電層。
[0045](23)根據(jù)(21)或(22)中任一項所述的壓力傳感器用片的制造方法，其特征在于，還具有:利用靜電紡絲沉積法將包含上述高分子材料和上述導(dǎo)電性材料的分散系液體噴射到第二電極片上，形成導(dǎo)電性纖維纏繞而成的第二壓敏導(dǎo)電層的工序;和使上述壓敏導(dǎo)電層與上述第二壓敏導(dǎo)電層粘結(jié)的工序。
[0046]發(fā)明效果
[0047]本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片具備:第一電極片、第二電極片和棉狀的壓敏導(dǎo)電層，該壓敏導(dǎo)電層配置在這些電極片之間且是因被擠壓而電阻值發(fā)生變化的導(dǎo)電性纖維纏繞而成的。導(dǎo)電性纖維在與電極片平行的方向上取向并延伸，且在垂直的方向上層疊而被配置。在構(gòu)成壓敏導(dǎo)電層的導(dǎo)電性纖維彼此間具有空隙部。若施加到壓力傳感器用片的壓力發(fā)生變化，則纏繞成棉狀的導(dǎo)電性纖維彼此的疏密發(fā)生變化，導(dǎo)電性纖維彼此的層疊狀態(tài)發(fā)生變化。若該層疊狀態(tài)發(fā)生變化，則第一電極片與第二電極片間的電阻值發(fā)生變化。導(dǎo)電性纖維在與兩個電極片平行的方向和垂直的方向上具有各向異性。因此，相對于垂直的厚度方向的外力，層疊方向的電阻值變化極大，相對于在平行方向上的應(yīng)變的電阻值變化極小。在壓力傳感器用片彎曲變形的情況下，由彎曲變形所致的應(yīng)變?yōu)榕c電極片平行的方向，因此，由彎曲變形所致的電阻值變化小。即，能夠進(jìn)行高精度的測量而測定的噪音小。
[0048]關(guān)于本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片，導(dǎo)電性纖維可以為在高分子材料中分散了導(dǎo)電性材料而成的導(dǎo)電性纖維。另外，可以是:導(dǎo)電性纖維包含分散有第一導(dǎo)電性材料和第二導(dǎo)電性材料的高分子材料、該第一導(dǎo)電性材料為線狀的導(dǎo)電性材料、第二導(dǎo)電性材料為粒子狀(包括鱗片狀)的導(dǎo)電性材料。高分子材料中，線狀的第一導(dǎo)電性材料將粒子狀的第二導(dǎo)電性材料彼此電連接。在較弱的壓力作用于壓力傳感器用片的情況下，介由線狀的第一導(dǎo)電性材料的導(dǎo)電性發(fā)生變化，導(dǎo)電性纖維的電阻值降低。通過該作用，可以提高在低壓力下的傳感器靈敏度和傳感器靈敏度的穩(wěn)定性。線狀的第一導(dǎo)電性材料還具有使纖維的制成工序中的粒子狀的第二導(dǎo)電性材料的分散穩(wěn)定性提高的附帶效果。
[0049]此外，通過使導(dǎo)電性纖維中的第一導(dǎo)電性材料的質(zhì)量比小于第二導(dǎo)電性材料的質(zhì)量比，從而能取得極大的由壓力所致的電阻值變化的動態(tài)范圍。這是由于:通過使第二導(dǎo)電性材料以高質(zhì)量比分散，從而在較高的壓力作用時得到較大的電阻值降低。
[0050]關(guān)于本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片，第一導(dǎo)電性材料可以為碳納米管、碳納米角，第二導(dǎo)電性材料可以為石墨烯、炭黑。包含碳的導(dǎo)電性材料對氧、水分的耐久性高，最適合于比表面積高的纖維所構(gòu)成的壓敏導(dǎo)電層。
[0051]關(guān)于本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片，構(gòu)成壓敏導(dǎo)電層的導(dǎo)電性纖維的與第一電極片或第二電極片接觸的部分的至少一部分可以粘結(jié)于第一電極片或第二電極片。若導(dǎo)電性纖維與電極片間的連接狀態(tài)不穩(wěn)定，則在較弱壓力下的測定時產(chǎn)生較大的噪音。通過使至少導(dǎo)電性纖維的一部分粘結(jié)于電極片，從而電連接狀態(tài)極為穩(wěn)定，因此能夠進(jìn)行噪音小的測量。
[0052]關(guān)于本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片，可以是:在壓敏導(dǎo)電層與第二電極之間還具有第二導(dǎo)電性纖維纏繞而成的第二壓敏導(dǎo)電層，導(dǎo)電性纖維的與第一電極片接觸的部分的至少一部分粘結(jié)于第一電極片，第二導(dǎo)電性纖維的與第二電極片接觸的部分的至少一部分粘結(jié)于第二電極片。由于這兩個壓敏導(dǎo)電層分別粘結(jié)于各電極片，因此壓敏導(dǎo)電層與電極之間的連接狀態(tài)穩(wěn)定，能夠進(jìn)行噪音小的測量。此外，通過將這兩個壓敏導(dǎo)電層進(jìn)行粘接，從而兩個電極片間的壓敏導(dǎo)電層的結(jié)構(gòu)上的電氣狀態(tài)高度穩(wěn)定。因此，能夠進(jìn)行噪音更小的測量。
[0053]關(guān)于本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片，可以使用彈性體作為導(dǎo)電性纖維的高分子材料。就彈性體而言，即使柔和地反復(fù)實施大的應(yīng)變來進(jìn)行處理，機(jī)械特性的變化也極小。若壓力作用于彈性體，則在纖維彼此的重疊部分產(chǎn)生較大的應(yīng)變，但是，通過將彈性體作為母材來使用，從而可以兼顧壓力傳感器用片的高柔軟性和高耐久性。
[0054]關(guān)于本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片，第一電極片和第二電極片可以為透明電極。由于棉狀的壓敏導(dǎo)電層具有光的透過性，因此通過使兩個電極片透明，從而能夠?qū)崿F(xiàn)透過光的壓力傳感器用片。由此，可以透過壓力傳感器用片來觀察壓力測量部位。另外，能夠?qū)崿F(xiàn)同時進(jìn)行壓力測量和從壓力傳感器用片上方的光測量等對多樣化測量的展開。此夕卜，為了提高壓力傳感器用片的透光性，優(yōu)選:從與電極片垂直的方向來看，在構(gòu)成壓敏導(dǎo)電層的導(dǎo)電性纖維之間具有空隙部。通過具有空隙部從而使透光性高，且光散射變小，因此使觀察和測量變得更容易。
[0055]關(guān)于本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片，導(dǎo)電性纖維的直徑可以小于第一電極片及第二電極片的厚度。若導(dǎo)電性纖維的直徑大于電極片，則沿著導(dǎo)電性纖維的表面，容易產(chǎn)生電極片的局部變形。若電極片變得容易局部變形，則在壓力施加時導(dǎo)電性纖維與電極片的接觸狀態(tài)變得不規(guī)則。若導(dǎo)電性纖維的直徑小于第一電極片及第二電極片的厚度，則可以抑制伴隨此種接觸狀態(tài)的不規(guī)則性的、相對于壓力的電阻值變化的偏差。
[0056]關(guān)于本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片，導(dǎo)電性纖維的直徑可以為10nm?10μm。細(xì)的導(dǎo)電性纖維會因壓力而接觸狀態(tài)發(fā)生大幅變化，因此為高靈敏度。相反，粗的導(dǎo)電性纖維的相對于壓力的電阻變化為低靈敏度。極細(xì)的導(dǎo)電性纖維的強度低，極粗的導(dǎo)電性纖維的剛性高。因此，通過使導(dǎo)電性纖維的直徑為該范圍，從而可以兼顧靈敏度和柔軟性。
[0057]關(guān)于本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片，壓敏導(dǎo)電層的厚度可以小于第一電極片與第二電極片的厚度的合計，優(yōu)選小于第一電極片及第二電極片的厚度。為了實現(xiàn)極為柔軟、且即使發(fā)生彎曲變形也能以低噪音測量準(zhǔn)確的壓力，而需要對于彎曲而將片的剛性抑制得較低，并且需要將電極的應(yīng)力抑制得較低。在以夾著壓敏導(dǎo)電層的方式而包含兩片電極片的壓力傳感器用片中，若壓敏導(dǎo)電層變厚，則片剛性極度變高。另外，壓敏導(dǎo)電層與電極片的界面的應(yīng)力變大，因此，導(dǎo)電性纖維與電極的穩(wěn)定的連接被破壞。通過使壓敏導(dǎo)電層的厚度小于兩片電極片的厚度，從而能夠在電極片的屈曲時降低難以預(yù)料的故障或精度變化。這是由于:相對于電極片外面的應(yīng)變，導(dǎo)電性纖維與電極片的界面的應(yīng)變成為大致一半。此外，若壓敏導(dǎo)電層的厚度小于第一電極片及第二電極片的厚度，則能夠盡可能地降低導(dǎo)電性纖維與電極的連接部的應(yīng)變。若第一電極片與第二電極片的厚度大致相同，則在彎曲作用時能夠盡可能地減小作用于壓敏導(dǎo)電層的應(yīng)變，使因彎曲而壓力測定值產(chǎn)生誤差的情況得到抑制。
[0058]關(guān)于本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片，使第一電極片或第二電極片可以具有通氣性。在不具有通氣性的電極片中，若將壓敏導(dǎo)電層的兩側(cè)密封，則使得被密閉的空間中包含空氣。若溫度發(fā)生變化，則被密封的空氣發(fā)生收縮或膨脹，使內(nèi)部產(chǎn)生壓力。該內(nèi)部壓力使壓敏導(dǎo)電層的電阻值發(fā)生變化，成為測量的誤差。另外，即使在將電極片進(jìn)行壓接層疊的工序中，內(nèi)部的空氣也會被壓縮，而產(chǎn)生測量的誤差。通過使電極片具有通氣性，從而能夠釋放這些內(nèi)部壓力，不會產(chǎn)生測量誤差。
[0059]第一電極片及第二電極片這兩個電極片可以具有通氣性。通過在具有通氣性的壓敏導(dǎo)電層的基礎(chǔ)上還使兩個電極片具有通氣性，從而使壓力傳感器用片整體具有通氣性。由此，當(dāng)在發(fā)汗的皮膚等的表面貼附傳感器片時，能夠散發(fā)來自皮膚等的水分。因此，抑制來自皮膚等的水分所致的作用于體表的壓力誤差，能夠進(jìn)行精密的測量。此種構(gòu)成能夠?qū)崿F(xiàn)在長期間安裝時不產(chǎn)不適感、故障的測量系統(tǒng)。
[0060]關(guān)于本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片，壓敏導(dǎo)電層的厚度可以為導(dǎo)電性纖維的直徑的2倍以上且100倍以下。就壓敏導(dǎo)電層而言，導(dǎo)電性纖維彼此的接觸會因壓力而增加，由此發(fā)生電阻值降低。該導(dǎo)電性纖維彼此的接觸為能夠?qū)毫σ噪娮柚档男问絹頊y定的原理之一。因此，壓敏導(dǎo)電層的厚度需要為相當(dāng)于導(dǎo)電性纖維的2層或3層以上的厚度。即，壓敏導(dǎo)電層的厚度需要為導(dǎo)電性纖維的直徑的2倍以上的厚度。通過增加導(dǎo)電性纖維的重疊的層數(shù)，從而導(dǎo)電性纖維間的接觸數(shù)增加，抑制電極片的局部的電阻值偏差。與此相對，若層疊數(shù)增加，則還會引起壓力傳感器用片的彎曲剛性的增加和電阻值的增加。通過將層數(shù)抑制在100倍以下，從而使電阻值的大小、電阻值的測定精度及機(jī)械剛性處于適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)。通過使壓敏導(dǎo)電層的厚度為ΙΟΟμπι以下，從而可以構(gòu)成柔軟的壓力傳感器用片。
[0061]關(guān)于本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片，可以在壓敏導(dǎo)電層中混雜有非導(dǎo)電性纖維。為了使壓力傳感器用片的靈敏度降低、且連高壓力也能測量，有降低導(dǎo)電性材料的質(zhì)量比的方法、使導(dǎo)電性纖維變粗來提高剛性的方法。但是，若減小質(zhì)量比，則無法得到一定的電阻值。與此相對，若使纖維變粗，則損害壓力傳感器用片的柔軟性。因此，通過混雜非導(dǎo)電性纖維，從而可以高精度地控制壓力與電阻值的關(guān)系。通過混雜非導(dǎo)電性纖維，從而可以配合要測定的壓力變化值而制作壓力傳感器用片，能夠?qū)崿F(xiàn)在各種用途中的應(yīng)用。
[0062]關(guān)于本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片，使第一電極片或第二電極片中的至少一方的電極與晶體管連接。具有高柔軟性的壓力傳感器用片適合于具有細(xì)小凹凸的表面的測量。因此，為了以高的空間分辨率測量壓力分布，而將電極分割為多個區(qū)段，并在一個壓力傳感器用片上配設(shè)多個測定點。在以矩陣狀配設(shè)多個電極區(qū)段時，將各個電極區(qū)段用晶體管進(jìn)行開關(guān)是有效的。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)高功能的壓力傳感器。
[0063]在本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片的制造方法中，利用靜電紡絲沉積法將包含高分子材料和導(dǎo)電性材料的分散系液體噴射到電極片上，形成導(dǎo)電性纖維纏繞而成的壓敏導(dǎo)電層。靜電紡絲沉積法可以在電極片上不施以特別的粘接劑或處理而使導(dǎo)電性纖維粘結(jié)。因此，靜電紡絲沉積法適合于形成包含極細(xì)纖維的壓敏導(dǎo)電層。
[0064]在本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片的制造方法中，具有:第一工序，在溶劑中混合第一導(dǎo)電材料和離子液體，得到在溶劑中分散有第一導(dǎo)電材料的第一分散系;第二工序，在溶劑中混合第二導(dǎo)電材料，得到在溶劑中分散有第二導(dǎo)電材料的第二分散系;第三工序，將第一分散系與第二分散系混合，得到第三分散系；第四工序，在第三分散系中添加高分子材料并攪拌，得到第四分散系;和第五工序，利用靜電紡絲沉積法使第四分散系在第一電極片上形成導(dǎo)電性纖維纏繞而成的壓敏導(dǎo)電層。因此，可以使導(dǎo)電性纖維中均勻地分散第一導(dǎo)電材料及第二導(dǎo)電材料。
[0065]尤其是，通過分別制作第一分散系和第二分散系，從而可以使第一導(dǎo)電材料及第二導(dǎo)電材料更均勻地分散。在第四工序中，合成均勻地分散有第一導(dǎo)電材料及第二導(dǎo)電材料的第三分散系后，加入高分子材料，由此可以在導(dǎo)電性纖維中更均勻地分散導(dǎo)電材料。與此相對，若先將高分子材料溶解于溶劑后再加入第一導(dǎo)電材料、第二導(dǎo)電材料，則在溶解了高分子材料后的階段溶液的粘度會上升，無法均勻地進(jìn)行分散。此外，通過在第五工序中使用靜電紡絲沉積法，從而以強電壓拉拽(引0張0)第四分散系，因此能夠在導(dǎo)電性纖維中更均勻地分散第一導(dǎo)電材料及第二導(dǎo)電材料。
[0066]在本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片的制造方法中，可以具備:在第一電極片上形成第一導(dǎo)電性纖維纏繞而成的棉狀的壓敏導(dǎo)電層的工序、在第二電極片上形成第二導(dǎo)電性纖維纏繞而成的棉狀的第二壓敏導(dǎo)電層的工序、和將上述壓敏導(dǎo)電層與上述第二壓敏導(dǎo)電層粘結(jié)的工序。在可靠地進(jìn)行各電極片與導(dǎo)電性纖維的粘結(jié)后，將第一壓敏導(dǎo)電層與第二壓敏導(dǎo)電層粘結(jié)，由此可以制造結(jié)構(gòu)上和電氣上均穩(wěn)定的壓力傳感器用片。尤其是，利用靜電紡絲沉積法在電極片上層疊導(dǎo)電性纖維的方法能夠不使用特別的粘接工序而進(jìn)行粘結(jié)，因此成為極穩(wěn)定且尚速的制造方法。
【附圖說明】
[0067]圖1為示意性表示本發(fā)明的一個實施方式的壓力傳感器用片的剖面的剖面示意圖。
[0068]圖2為使用光學(xué)顯微鏡俯視觀察本發(fā)明的一個實施方式的壓敏導(dǎo)電層的照片。
[0069]圖3為表示相對于對本發(fā)明的一個實施方式的壓力傳感器用片施加的壓力的電阻值變化的圖表。
[0070]圖4為將本發(fā)明的一個實施方式的壓力傳感器用片完全折彎成兩個并在其上放置重物的狀態(tài)的照片。
[0071]圖5為對在將本發(fā)明的一個實施方式的壓力傳感器用片折彎的狀態(tài)下改變施加于壓力傳感器用片的壓力時的、流通電流量的變化進(jìn)行測定的圖表。
[0072]圖6A為在本發(fā)明的一個實施方式的壓力傳感器用片上分別反復(fù)施加1000次2kPa、300Pa、80Pa的壓力時的最初1次的測定結(jié)果。
[0073]圖6B為在本發(fā)明的一個實施方式的壓力傳感器用片上分別反復(fù)施加1000次2kPa、300Pa、80Pa的壓力時的最后1次的測定結(jié)果。
[0074]圖7為本發(fā)明的一個實施方式的壓力傳感器用片的剖面示意圖，其為在利用靜電紡絲沉積法在電極片上形成導(dǎo)電性纖維時、導(dǎo)電性纖維與電極片相粘接的高分解剖面透射電子顯微鏡圖像(TEM圖像)。
[0075]圖8A為示意性表示構(gòu)成本發(fā)明的一個實施方式的壓力傳感器用片的導(dǎo)電性纖維的剖面的圖。
[0076]圖SB為構(gòu)成本發(fā)明的一個實施方式的壓力傳感器用片的導(dǎo)電性纖維的剖面的高分解剖面透射電子顯微鏡圖像(TEM圖像)。
[0077]圖9為本發(fā)明的一個實施方式的壓力傳感器的剖面示意圖。
[0078]圖10為關(guān)于本發(fā)明的一個實施方式的壓力傳感器用片的制造方法的第五工序中的靜電紡絲沉積法而示出的示意圖。
[0079]圖11為本發(fā)明的壓力傳感器用片(實施例1)的照片
[0080]圖12為表示相對于對實施例1和實施例2的壓力傳感器用片施加的壓力的電阻值變化的圖表。
[0081 ]圖13為表示在彎曲實施例1、實施例3及實施例4的壓力傳感器用片時的、相對彎曲半徑的電阻值變化的圖表。
[0082]圖14A為將實施例1的壓力傳感器用片設(shè)置于由硅管形成的人工血管的照片。
[0083]圖14B表示使設(shè)置有實施例1的壓力傳感器用片的人工血管搏動時的測定結(jié)果。
[0084]圖15為表示相對于對實施例1和實施例6的壓力傳感器用片施加的壓力的電阻值的變化的圖表。
【具體實施方式】
[0085]以下，使用附圖對應(yīng)用了本發(fā)明的壓力傳感器用片、壓力傳感器及壓力傳感器用片的制造方法的構(gòu)成進(jìn)行說明。就在以下的說明中使用的附圖而言，為了容易辨識特征，有時方便起見而將特征部分放大顯示，各構(gòu)成要素的尺寸比率等不限于與實際相同的情況。在以下的說明中所例示的材料、尺寸等僅為一個示例，本發(fā)明并不受這些示例的限定，能夠在不改變其主旨的范圍內(nèi)適宜變更后實施。本發(fā)明的壓力傳感器用片及壓力傳感器可以在不損害本發(fā)明效果的范圍具備以下未記載的層等構(gòu)成要素。
[0086](壓力傳感器用片)
[0087]圖1為示意性表示本發(fā)明的一個實施方式的壓力傳感器用片的剖面的圖。圖2為使用光學(xué)顯微鏡俯視觀察本發(fā)明的一個實施方式的壓敏導(dǎo)電層的照片。
[0088]以下，使用圖1及圖2對本發(fā)明的一個實施方式的壓敏膜進(jìn)行說明。壓力傳感器用片10具備:第一電極片la、第二電極片Ib和棉狀的壓敏導(dǎo)電層3，該壓敏導(dǎo)電層3配置于第一電極片Ia與第二電極片Ib之間且是因被擠壓而電阻值發(fā)生變化的導(dǎo)電性纖維2纏繞而成的。導(dǎo)電性纖維2在與兩個電極片平行的方向上取向并延伸，且在垂直的方向上層疊而被配置。壓敏導(dǎo)電層3在進(jìn)行構(gòu)成的導(dǎo)電性纖維2之間具有空隙部。在此，導(dǎo)電性纖維可以為在高分子材料中分散有導(dǎo)電性材料的導(dǎo)電性纖維。導(dǎo)電性材料包含微粒，可以為一種，也可以為多種。微粒是指:例如表示納米尺寸的納米材料、微微尺寸的微微材料、且毫米尺寸以下的微粒。
[0089]若對壓力傳感器用片10施加壓力，則導(dǎo)電性纖維2纏繞而成的棉狀的壓敏導(dǎo)電層3被擠壓，因此導(dǎo)電性纖維2彼此緊密地相互重疊。另外，與此相伴，第一電極片Ia及第二電極片lb、與導(dǎo)電性纖維2的接觸面積也增加。此外，導(dǎo)電性纖維2本身的形狀也發(fā)生變形。另一方面，若壓力減弱，則導(dǎo)電性纖維2彼此的重疊變得稀疏，第一電極片Ia及第二電極片Ib、與導(dǎo)電性纖維2的接觸面積也變小，且導(dǎo)電性纖維2本身的形狀也會還原。就壓力傳感器用片10而言，利用伴隨這些變化的第一電極片Ia與第二電極片Ib間的電阻值變化來測定壓力變化量。即，就壓力傳感器用片10而言，有助于電阻值的變化的要因較多，即使對于非常微小的壓力變化，也能夠靈敏地應(yīng)答。
[0090]圖3為表示相對于對壓力傳感器用片10施加的壓力的電阻值變化的圖表。
[0091]在不施加壓力的狀態(tài)下，導(dǎo)電性纖維2彼此的重疊較弱，因此壓力傳感器用片10幾乎未導(dǎo)通，在第一電極片Ia與第二電極片Ib之間顯示101()Ω數(shù)量級的電阻值。另一方面，若施加壓力，則導(dǎo)電性纖維2彼此的重疊變強，在第一電極片Ia與第二電極片Ib之間，壓力傳感器用片10顯示12 Ω數(shù)量級的電阻值。這是由于:第一電極片Ia及第二電極片Ib與導(dǎo)電性纖維2的接觸面變多。即，該壓力傳感器用片10顯示出從12 Ω數(shù)量級到101() Ω數(shù)量級的寬泛的電阻值變化。
[0092]該壓力傳感器用片10在施加O?200Pa的較弱的壓力時電阻值變化非常顯著。即，壓力傳感器用片10即使對于微小的壓力變化也作為高靈敏度的傳感器發(fā)揮功能。
[0093]如圖2的光學(xué)顯微鏡照片所示，導(dǎo)電性纖維2主要沿著與壓力的施加方向垂直的方向取向并延伸。即，在剖視壓力傳感器用片10的圖1中，導(dǎo)電性纖維2主要按照與兩個電極片平行的方式進(jìn)行取向。因此，即使在與電極片平行的方向上一定程度地橫向拉拽壓力傳感器用片10，電阻值也不會產(chǎn)生大幅變化。因此，壓力傳感器用片10能夠高靈敏度地測定壓力變化。
[0094]就壓力傳感器用片10而言，對于與兩個電極片平行的方向的伸縮而應(yīng)答量未發(fā)生大幅變化，因此在彎曲的狀態(tài)下施加壓力的情況和在伸展的狀態(tài)下施加壓力的情況，可以得到大致相同的應(yīng)答量。即，壓力傳感器用片10對于活動部分的壓力變化也能夠進(jìn)行測定噪音小且高精度的測定。此種高精度的測定無法利用例如以往的在橡膠中分散有導(dǎo)電粒子的壓力傳感器用片進(jìn)行高靈敏度地測定。
[0095]圖4為表示將壓力傳感器用片折彎并在其上放置重物的狀態(tài)的照片。圖5為表示取下圖4的重物時的電阻值變化的圖表。
[0096]在圖5的測定時，對兩個電極片間施加2V的電壓。關(guān)于圖5的測定，在從測定開始起3秒后將0.4g的重物放置在壓力傳感器用片上，并在從測定開始起8秒后將0.4g的重物從壓力傳感器用片上除去。此外，在從測定開始起14秒后將1.6g的重物放置在壓力傳感器用片上，并在從測定開始起20秒后將1.6g的重物從壓力傳感器用片上除去。
[0097]如圖5所示，壓力傳感器用片10即使在被折彎的狀態(tài)下也會因施加壓力而致電阻值產(chǎn)生變化。另外，在放置了 0.4g的重物和1.6g的重物時，流過的電流量有差異，壓力傳感器用片10還能檢測微小的壓力差。
[0098]如圖2的光學(xué)顯微鏡照片所示，從與各電極片垂直的方向來看，導(dǎo)電性纖維2具有間隙(空隙部)且相互纏繞。因此，通過該間隙，可以透過光?？梢栽谑┘訅毫Φ耐瑫r進(jìn)行施加了壓力的狀態(tài)下的表面狀態(tài)的觀察、使用了光的測定、利用光施加刺激。
[0099]圖6A及圖6B為在壓力傳感器用片10上分別反復(fù)施加1000次2kPa、300Pa、80Pa的壓力的結(jié)果。圖6A為最初10次的結(jié)果，圖6B為最后10次的結(jié)果。根據(jù)圖6A及B的結(jié)果，信號強度在最初10次和最后10次未產(chǎn)生大幅變化。即，壓力傳感器用片10具有重復(fù)再現(xiàn)性。
[0100]第一電極片Ia及第二電極片Ib并無特別限定。例如，可以為利用乳制等方法使金屬拉伸成的片，也可以是在較薄的膜基材上利用蒸鍍、濺射等形成金屬、透明電極等而成的片。透明電極可以使用通常使用的ΙΤ0、ΙΖ0、ΑΖ0等。通過對非常薄膜的金屬進(jìn)行蒸鍍、濺射等，從而可以制成透明電極。
[0101]第一電極片Ia及第二電極片Ib優(yōu)選為透明電極。如上述那樣，導(dǎo)電性纖維2具有空隙部，且透光。因此，通過使電極透明，從而可以實現(xiàn)透過光的壓力傳感器用片。由此，能夠透過壓力傳感器用片觀察壓力測量部位。另外，能夠?qū)崿F(xiàn)同時進(jìn)行壓力測量和從壓力傳感器用片上方的光測量等向多樣化測量的展開。
[0102]在膜基材上對金屬、透明電極等進(jìn)行蒸鍍、濺射等的情況下，該膜基材的厚度優(yōu)選為Ιμπι以上且15μηι以下、更優(yōu)選為Ιμπι以上且5μηι以下。若該膜基材為Ιμπι以上，則能夠穩(wěn)定地生產(chǎn)膜基材，且能夠得到充分的膜強度。另一方面，若該膜基材為15μπι以下，則在折彎金屬片時、和從折彎的狀態(tài)伸展時，在相同的彎曲半徑下，壓力傳感器用片10顯示大致相同的電阻值。因此，可以得到還能夠充分適應(yīng)屈伸等動作的壓力傳感器用片10。此外，若該膜基材為5μπι以下，則在壓力傳感器用片10的彎曲狀態(tài)和伸展?fàn)顟B(tài)下的電阻值幾乎未發(fā)生變化。即，能夠僅對與壓力傳感器用片10垂直的方向的壓力具有靈敏度，在用于屈伸等進(jìn)行動作的部分時的噪音變小，能夠維持高靈敏度。
[0103]作為膜基材，可以使用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亞胺(PI)、氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)等。
[0?04]作為被蒸鍍、派射等的金屬等，可以使用Au、Ag、Cu、Cr、T1、A1、In、Sn、或這些金屬的層疊體，作為透明導(dǎo)電材料，可以使用ITO、PED0T/PSS等。
[0105]第一電極片Ia或第二電極片Ib優(yōu)選具有通氣性。“通氣性”是指未完全隔斷氣體的通過。第一電極片Ia或第二電極片Ib的通氣性可以通過使第一電極片Ia或第二電極片Ib形成微小的孔來得到，也可以在具有通氣性的膜上形成第一電極片Ia或第二電極片lb。
[0106]就壓敏導(dǎo)電層3而言，在利用不具有通氣性的兩個電極片將兩側(cè)密封的情況下，在被密閉的空間中包含空氣。因此，若溫度發(fā)生變化，則被密封的空氣發(fā)生收縮或膨脹，使內(nèi)部產(chǎn)生壓力。該內(nèi)部壓力使壓敏導(dǎo)電層3的電阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生測量的誤差。另外，在將兩個電極片壓接層疊的工序中，若內(nèi)部的空氣被壓縮，則其內(nèi)部壓力產(chǎn)生測量的誤差。通過使各電極片具有通氣性，從而能夠釋放這些內(nèi)部壓力，不會產(chǎn)生測量誤差。
[0107]更優(yōu)選在具有通氣性的壓敏導(dǎo)電層3的基礎(chǔ)上，還使第一電極片Ia及第二電極片Ib具有通氣性。通過使第一電極片Ia及第二電極片Ib具有通氣性，從而可以使壓力傳感器用片10整體具有通氣性。由此，當(dāng)在發(fā)汗的皮膚表面貼附傳感器片時，壓力傳感器用片10不會阻礙來自皮膚的水分的散發(fā)，能夠?qū)ψ饔糜隗w表的壓力進(jìn)行測量。此種構(gòu)成能夠?qū)崿F(xiàn)在長期間安裝時不產(chǎn)不適感、故障的測量系統(tǒng)。
[0108]優(yōu)選使第一電極片Ia與第二電極片Ib的厚度大致相同。
[0109]若第一電極片Ia與第二電極片Ib的厚度大致相同，則在彎曲作用時能夠盡可能地減小作用于壓敏導(dǎo)電層3的應(yīng)變。因此，因彎曲壓力傳感器用片10而使壓力測定值產(chǎn)生誤差的情況受到抑制。
[0110]在構(gòu)成壓敏導(dǎo)電層3的導(dǎo)電性纖維2中，優(yōu)選為:與第一電極片Ia或上述第二電極片Ib接觸的部分的至少一部分粘結(jié)于第一電極片Ia或第二電極片lb。在此，粘結(jié)是指:在導(dǎo)電性纖維2中，與第一電極片Ia或上述第二電極片Ib接觸的導(dǎo)電性纖維2在不施加外部能量的情況下自然地與第一電極片Ia或上述第二電極片Ib粘接。具體而言，形成于第一電極片Ia或上述第二電極片Ib上的導(dǎo)電性纖維2中微量地殘留的溶劑蒸發(fā)，從而導(dǎo)電性纖維2的形狀發(fā)生變化，并且粘結(jié)于第一電極片Ia或第二電極片lb。若導(dǎo)電性纖維2與各電極片間的連接狀態(tài)不穩(wěn)定，則在較弱壓力下的測定時產(chǎn)生較大的噪音。
[0111]在構(gòu)成壓敏導(dǎo)電層3的導(dǎo)電性纖維2中，與第一電極片Ia或第二電極片Ib接觸的部分的至少一部分粘結(jié)于第一電極片Ia或第二電極片lb，從而連接狀態(tài)極為穩(wěn)定。因此，使用壓力傳感器片10，能夠進(jìn)行噪音小的測量。
[0112]構(gòu)成壓敏導(dǎo)電層3的導(dǎo)電性纖維2優(yōu)選通過至少一部分與第一電極片Ia及第二電極片Ib這兩者粘結(jié)。由此，形成導(dǎo)電路徑的第一電極片la/壓敏導(dǎo)電層3/第二電極片Ib在結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定地連接。另外，結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定使電氣狀態(tài)也更高度地穩(wěn)定。因此，使用壓力傳感器片10，能夠進(jìn)行噪音更小的測量。
[0113]另外，無需使用粘接劑等，即可非常簡便地形成壓力傳感器用片10。
[0114]圖7為利用靜電紡絲沉積法在基板上噴霧導(dǎo)電性纖維2時，導(dǎo)電性纖維2與基板相粘結(jié)的高分解剖面透射電子顯微鏡圖像(TEM圖像)。
[0115]優(yōu)選:在壓敏導(dǎo)電層3與第二電極Ib之間還具有第二導(dǎo)電性纖維纏繞而成的第二壓敏導(dǎo)電層，導(dǎo)電性纖維2的與第一電極片Ia接觸的部分的至少一部分粘結(jié)于第一電極片la，第二導(dǎo)電性纖維的與第二電極片Ib接觸的部分的至少一部分粘結(jié)于第二電極片lb。
[0116]這兩個壓敏導(dǎo)電層分別粘結(jié)于各電極片，因此壓敏導(dǎo)電層與電極之間的連接狀態(tài)穩(wěn)定，能夠進(jìn)行噪音小的測量。構(gòu)成第二壓敏導(dǎo)電層的第二導(dǎo)電性纖維可以使用與后述的導(dǎo)電性纖維相同的導(dǎo)電性纖維。另外，并不必須使用相同的導(dǎo)電性纖維，也可以使導(dǎo)電性纖維與第二導(dǎo)電性纖維不同。
[0117]此外，優(yōu)選使壓敏導(dǎo)電層與第二壓敏導(dǎo)電層粘接。另外，更優(yōu)選使壓敏導(dǎo)電層與第二壓敏導(dǎo)電層相粘結(jié)。通過使壓敏導(dǎo)電層與第二壓敏導(dǎo)電層相粘接，從而壓力傳感器用片10結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定。與此相伴，電氣狀態(tài)也更高度穩(wěn)定，能夠進(jìn)行噪音更小的測量。另外，若壓敏導(dǎo)電層與第二壓敏導(dǎo)電層相粘結(jié)，則不會給壓敏導(dǎo)電層和第二壓敏導(dǎo)電層造成電氣上的阻礙，電氣狀態(tài)更高度穩(wěn)定，能夠進(jìn)行噪音更小的測量。
[0118]需要說明的是，在此所說的“粘接”是指:可以為在本說明書中記載為“粘結(jié)”的自身組織性的接合，也可以為使用其他粘接劑等的接合。
[0119]壓敏導(dǎo)電層3不僅混合導(dǎo)電性纖維2，而且也可以混合未圖示的非導(dǎo)電性纖維。通過調(diào)整壓敏導(dǎo)電層3中的導(dǎo)電性纖維2與非導(dǎo)電性纖維的混合比，從而可以容易地調(diào)整壓力傳感器用片10的靈敏度。為了降低壓力傳感器用片10的靈敏度、且連高壓力也能夠測量，有降低導(dǎo)電性材料的質(zhì)量比的方法、使導(dǎo)電性纖維2變粗來提高剛性的方法。但是，若減少導(dǎo)電性材料的質(zhì)量比，則無法得到一定的電阻值。若導(dǎo)電性纖維變粗，則損害壓力傳感器用片10的柔軟性。通過混合非導(dǎo)電性纖維，從而可以高精度地控制壓力與電阻值的關(guān)系。即，可以配合所要測定的壓力變化值來制作壓力傳感器用片10，能夠?qū)崿F(xiàn)在各種用途中的應(yīng)用。
[0120]壓敏導(dǎo)電層3的厚度優(yōu)選小于第一電極片Ia及第二電極片Ib的厚度的合計，更優(yōu)選小于第一電極片Ia及第二電極片Ib的各自的厚度。為了實現(xiàn)極為柔軟、且即使發(fā)生彎曲變形也能以低噪音測量準(zhǔn)確的壓力，而需要對于彎曲而將片的剛性抑制得較低，并且需要將電極的應(yīng)力抑制得較低。在夾著壓敏導(dǎo)電層3而包含兩片電極片的壓力傳感器用片10中，若壓敏導(dǎo)電層3變厚，則片剛性極度變高。另外，導(dǎo)電性纖維2與各電極片的界面的應(yīng)力變大，導(dǎo)電性纖維2與電極片的穩(wěn)定的連接被破壞。若使壓敏導(dǎo)電層3的厚度小于兩片電極片的厚度，則相對于電極片外面的應(yīng)變，導(dǎo)電性纖維2與各電極片的界面的應(yīng)力成為大致一半，能夠在電極片的屈曲時降低難以預(yù)料的故障或精度變化。此外，若壓敏導(dǎo)電層3的厚度小于第一電極片Ia及第二電極片Ib的各自的厚度，則能夠盡可能地降低導(dǎo)電性纖維2與各電極片的連接部的應(yīng)變。
[0121]壓敏導(dǎo)電層3的厚度優(yōu)選為導(dǎo)電性纖維2的直徑的2倍以上且100倍以下。就壓敏導(dǎo)電層3而言，導(dǎo)電性纖維2彼此的接觸會因壓力而增加，由此發(fā)生電阻值降低。該導(dǎo)電性纖維2彼此的接觸為能夠?qū)毫σ噪娮柚档男问絹頊y定的原理之一。因此，壓敏導(dǎo)電層3的厚度優(yōu)選為相當(dāng)于導(dǎo)電性纖維2的2層或3層以上的厚度。即，壓敏導(dǎo)電層3的厚度優(yōu)選為導(dǎo)電性纖維2的直徑的2倍以上的厚度。通過增加導(dǎo)電性纖維2的重疊的層數(shù)，從而導(dǎo)電性纖維2間的接觸數(shù)增加，抑制電極片的局部的電阻值偏差。與此相對，若層疊數(shù)增加，則會引起壓力傳感器用片10的彎曲剛性的增加和電阻值的增加。通過將層數(shù)抑制在100倍以下，從而電阻值的大小、電阻值的測定精度及機(jī)械剛性處于適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)。
[0122]另外，具體而言，優(yōu)選為10ym以下、更優(yōu)選為ΙΟμπι以下。若壓敏導(dǎo)電層3的厚度為ΙΟΟμπι以下，則柔韌性高，能夠追隨具有復(fù)雜形狀的物體或活動物體，并且能夠作為高靈敏度且柔韌的壓力傳感器用片發(fā)揮功能。若該厚度為ΙΟμπι以下，則能夠維持充分的透明性。
[0123]圖8Α為構(gòu)成本發(fā)明的一個實施方式的壓力傳感器用片10的導(dǎo)電性纖維2的剖面示意圖，圖SB為構(gòu)成本發(fā)明的一個實施方式的壓力傳感器用片10的導(dǎo)電性纖維2的高分解剖面透射電子顯微鏡圖像(TEM圖像)。
[0124]導(dǎo)電性纖維2優(yōu)選至少具有第一導(dǎo)電性材料2a、第二導(dǎo)電性材料2b和高分子材料2c。第一導(dǎo)電性材料2a和第二導(dǎo)電性材料2b均勻地分散在導(dǎo)電性纖維2中。若未均勻地分散，則導(dǎo)電性纖維2無法顯示出良好的導(dǎo)電性。另外，本發(fā)明的導(dǎo)電性材料是指以微粒尺寸的導(dǎo)電性物質(zhì)作為構(gòu)成要素的材料。
[0125]優(yōu)選第一導(dǎo)電性材料2a為線狀的導(dǎo)電性材料、第二導(dǎo)電性材料2b為粒子狀(包括鱗片狀)的導(dǎo)電性材料。需要說明的是，“線狀”是指其長度相對于該導(dǎo)電性材料的直徑為10倍以上。
[0126]線狀的第一導(dǎo)電性材料2a將粒子狀的第二導(dǎo)電性材料2b在高分子材料2c中電連接。在較弱的壓力作用于壓力傳感器用片10的情況下，在通過線狀的第一導(dǎo)電性材料2a的導(dǎo)電性變化的幫助下，導(dǎo)電性纖維的電阻值降低。通過該作用，可以提高低壓力下的傳感器靈敏度及其穩(wěn)定性。另外，還可獲得線狀的第一導(dǎo)電性材料2a使導(dǎo)電性纖維2的制成工序中的粒子狀的第二導(dǎo)電性材料2b的分散穩(wěn)定性提高的附帶效果。
[0127]此外，通過使導(dǎo)電性纖維中的第一導(dǎo)電性材料2a的質(zhì)量比小于第二導(dǎo)電性材料2b的質(zhì)量比，從而能取得極大的由壓力所致的電阻值變化的動態(tài)范圍。這是由于:通過使第二導(dǎo)電性材料以高質(zhì)量比分散，從而在較高的壓力作用時得到較大的電阻值降低。
[0128]作為第一導(dǎo)電性材料2a，并無特別限定?？梢允褂美缣技{米管、碳納米角、金納米線、銀納米線等。作為第一導(dǎo)電性材料2a，優(yōu)選為碳納米管、碳納米角。認(rèn)為:由于碳納米管、碳納米角具有一定程度的長度，因此有助于分散了的第二導(dǎo)電性材料2b彼此的導(dǎo)電，并且能夠利用其形狀來輔助第二導(dǎo)電材料2b均勻地分散。
[0129]碳納米管具有如下結(jié)構(gòu):碳原子排列成六角網(wǎng)狀后的石墨烯片，以單層或多層卷成圓筒狀。也可以使用單層納米管(SWNT)、2層納米管(DWNT)、多層納米管(MWNT)中的任意者，但優(yōu)選為單層納米管(SWNT)。這是由于:容易得到均勻且品質(zhì)穩(wěn)定的材料，且容易得到分散穩(wěn)定性。
[0130]碳納米管通?？梢岳眉す鉄g法、電弧放電、熱CVD法、等離子體CVD法、氣相法、燃燒法等來制造，使用通過任意方法制造的碳納米管均可。
[0131 ]第二導(dǎo)電性材料2b可以使用石墨稀、金納米薄片、銀納米薄片、招薄片、炭黑、金納米粒子、銀納米粒子、銅納米粒子等。第二導(dǎo)電性材料2b優(yōu)選為石墨稀、炭黑。這是由于:石墨烯、炭黑的導(dǎo)電性非常高且穩(wěn)定。
[0132]作為第一導(dǎo)電性材料2a與第二導(dǎo)電性材料2b的組合，優(yōu)選:第一導(dǎo)電性材料2a為碳納米管、碳納米角，第二導(dǎo)電性材料2b為石墨烯、炭黑。包含碳的導(dǎo)電性材料對氧、水分的耐久性高，最適合于由比表面積高的纖維構(gòu)成的壓敏導(dǎo)電層3。
[0133]優(yōu)選使第一導(dǎo)電性材料2a的質(zhì)量比少于第二導(dǎo)電性材料2b的質(zhì)量比。該質(zhì)量比優(yōu)選第二導(dǎo)電性材料2b:第一導(dǎo)電性材料2a為3:1?25:1的范圍。若為該范圍，則可以在高分子材料2c中均勻地分散第一導(dǎo)電性材料2a和第二導(dǎo)電性材料2b，且能夠確保充分的導(dǎo)電性纖維2的導(dǎo)電性。
[0134]特別優(yōu)選:導(dǎo)電性纖維中，第一導(dǎo)電性材料2a的質(zhì)量比為0.5wt %?5wt %、第二導(dǎo)電性材料2b的質(zhì)量比為5wt%?50wt%。
[0135]由于第二導(dǎo)電性材料2b為導(dǎo)電性的主要因素，因此通過使第二導(dǎo)電性材料2b的質(zhì)量比多于第一導(dǎo)電性材料2a的質(zhì)量比，從而可以增大壓力傳感器用片10的電阻值變化量，可以提高壓力傳感器用片10的靈敏度。
[0136]若第一導(dǎo)電性材料2a的質(zhì)量比為lwt%?5wt%、第二導(dǎo)電性材料2b的質(zhì)量比為15wt%?50wt%，則可以作為靈敏度更佳的壓力傳感器用片10來發(fā)揮功能。
[0137]導(dǎo)電性纖維2中的第一導(dǎo)電性材料2a與第二導(dǎo)電性材料2b的總質(zhì)量比優(yōu)選為20wt%?50wt%、更優(yōu)選為30wt%?40wt%。若改變導(dǎo)電性纖維中的第一導(dǎo)電性材料2a與第二導(dǎo)電性材料2b的總存在比，則可以控制壓力傳感器用片10能夠發(fā)生變化的電阻值的值。若第一導(dǎo)電性材料2a及第二導(dǎo)電性材料2b的總存在比低于20^%，則對導(dǎo)電性纖維2施加壓力時的導(dǎo)電性變差，壓力傳感器用片10的靈敏度降低。另外，若第一導(dǎo)電性材料2a及第二導(dǎo)電性材料2b的存在比大于50wt%，則無法使導(dǎo)電性纖維2中均勻地分散第一導(dǎo)電性材料2a及第二導(dǎo)電性材料2b。
[0138]高分子材料2c也可以使用氟系橡膠、氨基甲酸酯系橡膠、硅系橡膠等通常使用的彈性體、亞克力、尼龍、聚酯等彈性體以外的高分子材料。其中，作為導(dǎo)電性纖維2的高分子材料2c，優(yōu)選使用彈性體。就彈性體而言，即使柔和地使較大的應(yīng)變反復(fù)地進(jìn)行作用，機(jī)械特性的變化也極小。在壓力進(jìn)行作用時，導(dǎo)電性纖維2彼此的重疊部產(chǎn)生較大的應(yīng)變，但是通過將彈性體作為母材來使用，從而可以兼顧壓力傳感器用片的高柔軟性和高耐久性。
[0139]若高分子材料2c選擇硬的物質(zhì)，則對壓力傳感器用片1施加壓力時的導(dǎo)電性纖維2彼此的重疊變小，壓力傳感器用片10的靈敏度降低。另一方面，若選擇柔軟的物質(zhì)，則反之導(dǎo)電性纖維2彼此的重疊變大，因此可以提升壓力傳感器用片10的靈敏度。因此，可以根據(jù)壓力傳感器用片10的使用目的來變更高分子材料2c。
[0140]導(dǎo)電性纖維2的直徑優(yōu)選小于第一電極片Ia及第二電極片Ib的厚度。若導(dǎo)電性纖維2的直徑大于各電極片，沿著導(dǎo)電性纖維2的表面，各電極片變得容易發(fā)生局部變形。結(jié)果，施加壓力時導(dǎo)電性纖維2與電極片的接觸狀態(tài)變得不規(guī)則。若導(dǎo)電性纖維2的直徑小于第一電極片Ia及第二電極片Ib的厚度，則可以抑制伴隨此種接觸狀態(tài)的不規(guī)則性的、相對于壓力的電阻值變化的偏差。
[0141 ] 就導(dǎo)電性纖維2而言，直徑優(yōu)選為10nm?ΙΟμπι、更優(yōu)選為200nm?2000nm。若導(dǎo)電性纖維2的直徑發(fā)生變化，則導(dǎo)電性纖維的剛性、比表面積和導(dǎo)電性纖維彼此的接觸面積發(fā)生變化，因此壓力傳感器用片10的靈敏度發(fā)生變化。若其直徑為200nm?2000nm，則可以作為靈敏度足夠高的壓力傳感器用片來發(fā)揮功能。極細(xì)的導(dǎo)電性纖維2的強度低，極粗的導(dǎo)電性纖維2的剛性高，損害傳感器片的柔軟性。因此，通過使導(dǎo)電性纖維2的直徑為該范圍，從而可以兼顧靈敏度和柔軟性。
[0142](壓力傳感器)
[0143]圖9為本發(fā)明的一個實施方式的壓力傳感器100的剖面示意圖。
[0144]如圖9所示，壓力傳感器用片10、和壓力傳感器用片10的第一電極片Ia或第二電極片I b中的至少一方與晶體管20連接。
[0145]具有高柔軟性的壓力傳感器用片10適合于具有細(xì)小凹凸的表面的測量。因此，為了以高空間分辨率測量壓力分布，而將電極分割為多個區(qū)段，并在一個壓力傳感器用片10上配設(shè)多個測定點。在以矩陣狀配設(shè)多個電極區(qū)段時，將各個電極區(qū)段用晶體管進(jìn)行開關(guān)是有效的。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)高功能的壓力傳感器。
[0146]就壓力傳感器100而言，由于壓力傳感器用片10的電阻值發(fā)生變化，因此流過晶體管20的電流量發(fā)生變化，通過將與該電流值對應(yīng)的信號輸出至外部，由此作為壓力傳感器100發(fā)揮功能。例如，在使用圖9所示的場效應(yīng)晶體管作為晶體管20的情況下，通過施加壓力從而壓力傳感器用片10的電阻值降低，因此源電極21與漏電極22間的電位差變大，流過的電流量增加。若預(yù)先取得對壓力傳感器用片10施加的壓力與電流量的關(guān)系，則通過讀取與電流量對應(yīng)的信號輸出的變化，從而可以檢測對壓力傳感器100施加的壓力量。
[0147]壓力傳感器100的總厚優(yōu)選為ΙΟΟμπι以下。若薄于ΙΟΟμπι，則作為非常柔韌的壓力傳感器而還能夠追隨復(fù)雜的形狀。
[0148]為了使壓力傳感器100柔韌，晶體管20優(yōu)選為有機(jī)晶體管。其結(jié)構(gòu)并無特別限定，例如可以使用如圖9所示的場效應(yīng)晶體管等。
[0149]通常，有機(jī)晶體管的導(dǎo)通電阻高達(dá)ΜΩ數(shù)量級，為了使源電極21與漏電極22之間的電位差發(fā)生變動，認(rèn)為理想的是:擠壓時的壓力傳感器用片10的電阻變化以數(shù)ΜΩ?10kQ的數(shù)量級發(fā)生變動。如上所述，本實施方式的壓力傳感器用片10顯示出從12 Ω數(shù)量級?110 Ω數(shù)量級的寬泛的電阻值變化，因此能夠適合使用。
[0150](壓力傳感器用片的制造方法)
[0151]在本發(fā)明的一個方式的壓力傳感器用片的制造方法中，利用靜電紡絲沉積法將包含高分子材料和導(dǎo)電性材料的分散系液體噴射到電極片上，形成導(dǎo)電性纖維纏繞而成的壓敏導(dǎo)電層。靜電紡絲沉積法可以在第一電極片上不施以特別的粘接劑或處理而使導(dǎo)電性纖維粘結(jié)，因此適合于形成包含極細(xì)纖維的壓敏導(dǎo)電層。
[0152]壓力傳感器用片的制造方法優(yōu)選具有:第一工序，在溶劑中混合第一導(dǎo)電材料和離子液體，得到在溶劑中分散有第一導(dǎo)電材料的第一分散系;第二工序，在溶劑中混合第二導(dǎo)電材料，得到在溶劑中分散有第二導(dǎo)電材料的第二分散系;第三工序，將第一分散系與第二分散系混合，得到第三分散系；第四工序，在第三分散系中添加彈性體并攪拌，得到第四分散系;第五工序，利用靜電紡絲沉積法使第四分散系在第一電極片上形成導(dǎo)電性纖維纏繞而成的壓敏導(dǎo)電層。以下，基于具有第一?第五工序的優(yōu)選制造條件，對壓力傳感器用片的制造方法進(jìn)行說明。
[0153]〔第一工序〕
[0154]第一工序中，在溶劑中混合第一導(dǎo)電材料和離子液體，得到在第一溶劑中分散有第一導(dǎo)電材料的第一分散系。
[0155]作為溶劑，適合為4一甲基2戊酮(4一methyl — 2 — pentanone)。作為第一導(dǎo)電材料，可以使用碳納米管、碳納米角、金屬納米線等。作為離子液體，可以使用EMIBF4、DEMEBF4等。離子液體具有防止第一導(dǎo)電材料彼此凝聚的作用。
[0156]第一工序中，為了不使第一導(dǎo)電性材料彼此凝聚而有效地分散，優(yōu)選施加剪切力。施加剪切力的方法并無特別限定，可以使用球磨機(jī)、輥磨機(jī)、振動磨機(jī)、噴射磨機(jī)等。
[0157]第一工序中，優(yōu)選相對于第一溶劑以0.2wt%?20wt %的范圍添加第一導(dǎo)電材料。若第一導(dǎo)電材料的比例少于0.2wt%，則不易得到良好的導(dǎo)電性。另一方面，若第一材料的比例多于20wt%，則不易均勻地分散。
[0158]第一工序中，優(yōu)選相對于第一溶劑以Iwt %?20wt %的范圍添加離子液體。若離子液體的比例少于lwt%，則無法充分抑制第一導(dǎo)電材料彼此凝聚。另一方面，若離子液體的比例多于20wt%，則需要除去過量的離子液體。
[0159]〔第二工序〕
[0160]第二工序中，在溶劑中混合第二導(dǎo)電材料，得到在溶劑中分散有第二導(dǎo)電材料的第二分散系。
[0161]溶劑可以使用與第一工序的溶劑相同的溶劑。作為第二導(dǎo)電材料，可以使用石墨稀、金納米薄片、銀納米薄片、招薄片、炭黑、金納米粒子、銀納米粒子、銅納米粒子等。在第二工序中也優(yōu)選施加剪切力，并且可以使用與第一工序相同的剪切力。
[0162]第二工序中，也可以與第一工序同樣地進(jìn)一步混合離子液體。
[0163]第二工序中，優(yōu)選相對于第二溶劑以10wt%?80wt%的范圍添加第二導(dǎo)電材料，更優(yōu)選以6wt %?8wt %的范圍進(jìn)行添加。若第二導(dǎo)電材料的比例少于1wt %，則無法得到良好的導(dǎo)電性。另一方面，若第二材料的比例多于80wt%，則無法均勻地進(jìn)行分散。
[0164]〔第三工序〕
[0165]第三工序中，將第一分散系與第二分散系混合，得到第三分散系。由于第一工序和第二工序中使用的溶劑相同，因此也考慮在溶劑中一次性投入第一導(dǎo)電材料和第二導(dǎo)電材料。但是，若一次性投入第一導(dǎo)電材料和第二導(dǎo)電材料，則不易分別均勻地分散到溶劑中。因此，分別制作第一分散系和第二分散系、之后將兩者混合而得到第三分散系是較為重要的。
[0166]第三工序中，為了使第一分散系與第二分散系充分混合，而優(yōu)選進(jìn)行攪拌。此時的攪拌為機(jī)械攪拌足矣，無需施加熱等。
[0167]〔第四工序〕
[0168]第四工序中，在第三分散系中加入彈性體并攪拌，得到第四分散系。
[0169]作為彈性體，可以使用氟系橡膠、氨基甲酸酯系橡膠、硅系橡膠等通常使用的彈性體。除彈性體外，也可以使用亞克力、尼龍、聚酯等高分子材料。通過選擇在第三分散系中追加的彈性體材料，從而第四分散系的粘度發(fā)生變化。由于粘度發(fā)生變化，因此最終形成的導(dǎo)電性纖維的直徑及硬度發(fā)生變化。由此，壓力傳感器用片的靈敏度發(fā)生變化。即，通過改變彈性體，從而可以使壓力傳感器用片的靈敏度發(fā)生變化。
[0170]第四分散系中的彈性體的質(zhì)量比優(yōu)選為1wt%?50wt %。第四分散系中的第一導(dǎo)電材料的質(zhì)量比優(yōu)選為0.lwt%?5wt%，第二導(dǎo)電材料的質(zhì)量比優(yōu)選為0.5*1:%?25￥1:%。
[0171]若彈性體的質(zhì)量比小于10^%，則靜電紡絲的工序中溶劑蒸發(fā)需要耗費時間，難以良好地形成纖維。另一方面，若彈性體的質(zhì)量比大于50wt%，則粘度變高，難以均勻地分散第一導(dǎo)電材料及第二導(dǎo)電材料。
[0172]通過將彈性體、第一導(dǎo)電材料、第二導(dǎo)電材料的各自的比率調(diào)整在該范圍內(nèi)，從而可以調(diào)整壓力傳感器用片的電阻值的范圍、靈敏度。
[0173]第四工序中的攪拌優(yōu)選進(jìn)行4小時以上。這是由于:通過追加彈性體，從而溶液的粘度提高，因此，需要充分地進(jìn)行攪拌。
[0174]〔第五工序〕
[0175]第五工序中，利用靜電紡絲沉積法使第四分散系形成具有導(dǎo)電性纖維的壓敏導(dǎo)電層。在此，使用圖1O對靜電紡絲沉積法進(jìn)行說明。
[0176]在本實施方式的靜電紡絲沉積法中，在對注射器5的針5a與第一電極片Ia之間施加高電壓的同時，擠出注射器5中的第四分散系4。此時，利用針5a與第一電極片Ia的電位差，第四分散系4從注射器5被急劇地引出，并朝向第一電極片Ia被噴霧。被噴霧后的第四分散系4在第一電極片Ia上以導(dǎo)電性纖維2的形式堆積成棉狀。第四分散系4的溶劑在針5a與第一電極片Ia之間大部分蒸發(fā)，因此導(dǎo)電性纖維2中的溶劑的大部分在以棉狀堆積于第一電極片Ia上的時刻已大部分蒸發(fā)。
[0177]優(yōu)選使堆積在第一電極片Ia上的導(dǎo)電性纖維2中的溶劑不完全蒸發(fā)。通過使堆積于第一電極片Ia上的導(dǎo)電性纖維2中微量地殘留溶劑，從而在第一電極片Ia上，導(dǎo)電性纖維2中的溶劑蒸發(fā)。此時，導(dǎo)電性纖維2的形狀如圖7所示那樣變?yōu)楣扒?和圭任二)狀，第一電極片Ia與導(dǎo)電性纖維2相粘結(jié)。由此，不使用多余的粘接劑等，即可將第一電極片Ia與導(dǎo)電性纖維2粘結(jié)，可以制作更高靈敏度的壓力傳感器。因此，針5a與第一電極片Ia間的距離優(yōu)選為I Ocm?50cm。
[0178]還可以具有:利用靜電紡絲沉積法將包含高分子材料和導(dǎo)電性材料的分散系液體噴射到第二電極片上，制作導(dǎo)電性纖維纏繞而成的第二壓敏導(dǎo)電層的工序;和將在第一電極片上制作的壓敏導(dǎo)電層、與在第二電極片上制作的第二壓敏導(dǎo)電層粘結(jié)的工序。在可靠地進(jìn)行各電極片與導(dǎo)電性纖維的粘結(jié)后，將壓敏導(dǎo)電層與第二壓敏導(dǎo)電層粘結(jié)，由此可以制造結(jié)構(gòu)上和電氣上均穩(wěn)定的壓力傳感器用片。此時的粘結(jié)也可以與上述同樣地通過溶劑的蒸發(fā)來進(jìn)行粘結(jié)。壓敏導(dǎo)電層及第二壓敏導(dǎo)電層分別由纏繞著的導(dǎo)電性纖維構(gòu)成，因此，即便僅使壓敏導(dǎo)電層與第二壓敏導(dǎo)電層接觸，雙方的導(dǎo)電性纖維也會通過纏繞而粘結(jié)，顯示出充分的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0179]在靜電紡絲沉積法中，通過電位差從針5a的微孔中快速引出第四分散系4。此時，由于在第四分散系4產(chǎn)生剪切力，因此可以消除在第四分散系4中未徹底分散而凝聚的第一導(dǎo)電材料及第二導(dǎo)電材料的凝聚。因此，針5a的微孔優(yōu)選為0.2mm?2_的范圍。
[0180]在使形成于電極片上的壓敏導(dǎo)電層中混雜非導(dǎo)電性纖維的情況下，優(yōu)選將各原料注入到兩個注射器中，并同時利用靜電紡絲沉積法形成壓敏導(dǎo)電層。若利用靜電紡絲沉積法依次堆積導(dǎo)電性纖維2和非導(dǎo)電性纖維，則在壓敏導(dǎo)電層中形成具有導(dǎo)電性的區(qū)域和不具有導(dǎo)電性的區(qū)域，導(dǎo)致導(dǎo)電性產(chǎn)生不均勻。
[0181 ]優(yōu)選在第四工序后，于24小時以內(nèi)進(jìn)行第五工序。進(jìn)一步優(yōu)選在12小時以內(nèi)進(jìn)行。若將第四分散系放置長于24小時，則分散了的第一導(dǎo)電材料及第二導(dǎo)電材料再凝聚。若將第四分散系放置長于12小時，則即使使用通過針5a的微孔中時的剪切力，也無法使第一導(dǎo)電材料及第二導(dǎo)電材料再分散。
[0182]實施例
[0183]以下，對本發(fā)明的實施例進(jìn)行說明。但是，本發(fā)明并不僅限定為以下的實施例。
[0184](實施例1)
[0185]作為第一工序，在包含4一甲基2戊酮的溶劑中混合0.6wt %的比例的碳納米管、和2界1:%的比例的離子液體。利用高壓噴射磨均質(zhì)機(jī)(60MPa;Nano — jet pal，JNlO ,JokohWt該混合液施加剪切力，由此得到在包含4 一甲基2戊酮的溶劑中均勻分散有碳納米管的第一分散系。
[0186]同樣地，作為第二工序，在包含4一甲基2戊酮的溶劑中混合6wt%的比例的石墨稀。利用高壓噴射磨均質(zhì)機(jī)(60MPa;Nano — jet pal，JNlO，Jokoh)對該混合液施加剪切力，由此得到在包含4 一甲基2戊酮的溶劑中均勻分散有石墨烯的第二分散系。
[0187]接著，作為第三工序，利用攪拌器將第一分散系和第二分散系攪拌2小時，得到第三分散系。
[0188]進(jìn)一步地，作為第四工序，相對于第三分散系而以25^%的比例混合作為氟系橡膠的G — 912(商品名、大金工業(yè)公司制)，利用攪拌器攪拌4小時，得到第四分散系。此時，第四分散系中的彈性體、碳納米管和石墨烯的比例分別為0.3wt%、3wt%、25wt%。
[0189]最后，作為第五工序，將所得的第四分散系注入到針微孔為20nm的注射器中，在距離針的前端為25cm的位置設(shè)置電極片。然后，在針與電極片之間施加25kV的電壓，邊以10μ1/min的速度從注射器送出第四分散系，邊利用靜電紡絲沉積法在電極片上以20cmX20cm見方的尺寸制作導(dǎo)電性纖維纏繞而成的壓敏導(dǎo)電層。
[ΟΝΟ] 所得的壓敏導(dǎo)電層的膜厚為4μηι。此時，電極片通過在1.4μηι的PET膜上層疊50nm的Au來制作。
[0191]導(dǎo)電性纖維的直徑為300nm?400nm，導(dǎo)電性纖維中的第一導(dǎo)電材料的質(zhì)量比為Iwt%，第二導(dǎo)電材料的質(zhì)量比為12wt%。
[0192]圖11為實施例1的壓力傳感器用片的照片。該壓力傳感器用片的總厚為7μπι。
[0193](實施例2)
[0194]實施例2中，除第五工序以外，使用與實施例1同樣的制造方法來制作壓力傳感器。在實施例2的第五工序中，準(zhǔn)備注入了第四分散系的注射器，并且準(zhǔn)備了注入有僅在不含導(dǎo)電性材料這一點不同于第四分散系的溶液的注射器。邊從這兩個注射器同時分別送出第四分散系和不含導(dǎo)電性材料的溶液，邊利用靜電紡絲沉積法在電極片上制作20CmX20Cm見方的壓敏導(dǎo)電層。此時使用的注射器的針直徑、針與電極片的距離、對針與電極片間施加的電壓與實施例1相同。
[0195]所得的壓敏導(dǎo)電層的膜厚為4μπι，在壓敏導(dǎo)電層中，按照導(dǎo)電性纖維:非導(dǎo)電纖維為1:1的比例混合非導(dǎo)電性纖維。電極片通過在1.4μπι的PET膜上層疊50nm的Au來制作。導(dǎo)電性纖維的直徑為300nm?400nm，導(dǎo)電性纖維中的第一導(dǎo)電材料的質(zhì)量比為lwt%，第二導(dǎo)電材料的質(zhì)量比為12wt%。所得的壓力傳感器的總厚為7μπι。
[0196]圖12為表示相對于對實施例1及實施例2的壓力傳感器用片施加的壓力的電阻值的變化的圖表。
[0197]實施例1的壓力傳感器用片顯示出12Ω數(shù)量級?101()Ω數(shù)量級的電阻值變化，實施例2的壓力傳感器用片顯示出104Ω數(shù)量級?101()Ω數(shù)量級的電阻值變化，相對于共同施加的壓力，顯示出非常大的電阻值變化。
[0198]對于實施例1的壓力傳感器用片，實施例2的壓力傳感器用片的電阻值變化小，且靈敏度不同。這是由于:就實施例2的壓力傳感器用片而言，導(dǎo)電性纖維和非導(dǎo)電性纖維混合存在，與實施例1的由導(dǎo)電性纖維構(gòu)成的壓力傳感器用片相比，靈敏度變?nèi)?。即，通過改變壓力傳感器用片的導(dǎo)電性纖維與非導(dǎo)電性纖維的混雜比例，從而可以容易地調(diào)整壓力傳感器用片的靈敏度。
[0199](實施例3)
[0200]實施例3中，有機(jī)場效應(yīng)晶體管被形成在厚度12.5μπι的PI膜上，除此以外，使用與實施例1同樣的制造方法制作壓力傳感器。所得的壓力傳感器的層厚為29μπι。
[0201](實施例4)
[0202]實施例4中，有機(jī)場效應(yīng)晶體管被形成在厚度75μπι的PI膜上，除此以外，使用與實施例I同樣的制造方法制作壓力傳感器。所得的壓力傳感器的層厚為154μπι。
[0203]圖13為表示彎曲實施例1、實施例3及實施例4的壓力傳感器用片時的、相對彎曲半徑的電阻值變化的圖表。
[0204]就實施例1及2而言，即使進(jìn)行屈伸，在相同的彎曲半徑下也顯示出相同的電阻值，可見也適于屈伸等，作為柔韌的溫度傳感器用片而發(fā)揮功能。其中，就實施例1的壓力傳感器用片而言，即使在彎曲半徑接近O的狀態(tài)(壓力傳感器用片幾乎折疊為兩個的狀態(tài))下，電阻值的值與伸展的狀態(tài)也未發(fā)生變化。即，可見對于與壓力傳感器用片平行的方向的壓力幾乎沒有反應(yīng)。換言之，能夠準(zhǔn)確地測量僅與壓力傳感器用片垂直施加的壓力，更適合作為對于具有復(fù)雜形狀、屈伸等的活動的物體的壓力傳感器用片。
[0205]圖14Α為將實施例1的壓力傳感器用片設(shè)置于由硅管構(gòu)成的人工血管的照片，圖14Β表示使該人工血管搏動時的測定結(jié)果。
[0206]通過在人工血管內(nèi)以80mmHg和120mmHg的壓力交替地運送液體來模擬血管的搏動。如圖14B所示，可知:所得的電流值與搏動對應(yīng)地發(fā)生變化。即，可知:也適合追隨活動的物體，并且能夠高靈敏度地測定施加于活動物體的壓力。
[0207](實施例6)
[0208]實施例6中，在未進(jìn)行實施例1的第一工序這一點是不同的。即，實施例6的壓力傳感器用片在僅使用石墨烯作為導(dǎo)電性纖維內(nèi)的導(dǎo)電材料這一點，與實施例1的壓力傳感器用片不同。
[0209]圖15為表示相對于對實施例1和實施例6的壓力傳感器用片所施加的壓力的電阻值的變化的圖表。與實施例1的壓力傳感器用片相比，實施例6的壓力傳感器用片顯示為:相對于壓力的電阻值變化的靈敏度差，但是能夠足以作為壓力傳感器來發(fā)揮功能。
[0210]符號說明
[0211]Ia第一電極片、Ib第二電極片、2導(dǎo)電性纖維、2a第一導(dǎo)電材料、2b第一導(dǎo)電材料、2c高分子材料、3壓敏導(dǎo)電層、4第四分散系、5注射器、5a針、10壓力傳感器用片、20晶體管、21源電極、22漏電極、100壓力傳感器。
【主權(quán)項】
1.一種壓力傳感器用片，其特征在于，具備第一電極片、第二電極片和棉狀的壓敏導(dǎo)電層，該壓敏導(dǎo)電層配置在所述第一電極片與所述第二電極片之間且是因被擠壓而電阻值發(fā)生變化的導(dǎo)電性纖維纏繞而成的， 所述導(dǎo)電性纖維在與兩個電極片平行的方向上取向并延伸，且在垂直的方向上層疊而被配置， 在構(gòu)成所述壓敏導(dǎo)電層的所述導(dǎo)電性纖維彼此間還具有空隙部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器用片，其特征在于，所述導(dǎo)電性纖維是在高分子材料中分散了導(dǎo)電性材料的導(dǎo)電性纖維。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力傳感器用片，其特征在于，所述導(dǎo)電性材料包含第一導(dǎo)電性材料及第二導(dǎo)電性材料， 所述第一導(dǎo)電性材料為線狀的導(dǎo)電性材料， 所述第二導(dǎo)電性材料為粒子狀(包括鱗片狀)的導(dǎo)電性材料。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓力傳感器用片，其特征在于，所述第一導(dǎo)電性材料為碳納米管或碳納米角， 所述第二導(dǎo)電性材料為石墨烯或炭黑。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓力傳感器用片，其特征在于，所述導(dǎo)電性纖維中，所述第一導(dǎo)電性材料的質(zhì)量比小于所述第二導(dǎo)電性材料的質(zhì)量比。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器用片，其特征在于，在構(gòu)成所述壓敏導(dǎo)電層的所述導(dǎo)電性纖維中，與所述第一電極片或所述第二電極片接觸的部分的至少一部分粘結(jié)于所述第一電極片或所述第二電極片。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器用片，其特征在于，在所述壓敏導(dǎo)電層與所述第二電極之間還具有第二導(dǎo)電性纖維纏繞而成的第二壓敏導(dǎo)電層， 所述導(dǎo)電性纖維的與所述第一電極片接觸的部分的至少一部分粘結(jié)于所述第一電極片， 所述第二導(dǎo)電性纖維的與所述第二電極片接觸的部分的至少一部分粘結(jié)于所述第二電極片。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓力傳感器用片，其特征在于，所述壓敏導(dǎo)電層與所述第二壓敏導(dǎo)電層相粘接。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力傳感器用片，其特征在于，所述高分子材料為彈性體。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器用片，其特征在于，所述第一電極片及所述第二電極片為透明電極。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器用片，其特征在于，從與所述電極片垂直的方向來看，所述壓敏導(dǎo)電層具有無所述導(dǎo)電性纖維的空隙部。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器用片，其特征在于，所述導(dǎo)電性纖維的直徑小于所述第一電極片及所述第二電極片的厚度。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器用片，其特征在于，所述導(dǎo)電性纖維的直徑為10nm?1umD14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器用片，其特征在于，所述壓敏導(dǎo)電層的厚度小于所述第一電極片與所述第二電極片的厚度的合計。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器用片，其特征在于，所述第一電極片與所述第二電極片的厚度大致相同。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器用片，其特征在于，所述第一電極片或所述第二電極片具有通氣性。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器用片，其特征在于，所述壓敏導(dǎo)電層的厚度為所述導(dǎo)電性纖維的直徑的2倍以上且100倍以下。18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器用片，其特征在于，所述壓敏導(dǎo)電層的厚度為0.5μπι?I OOym以下。19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器用片，其特征在于，在所述壓敏導(dǎo)電層中混雜有非導(dǎo)電性纖維。20.—種壓力傳感器，其特征在于，權(quán)利要求1所述的壓力傳感器用片的、所述第一電極片或所述第二電極片中的至少一方的電極與晶體管連接。21.—種壓力傳感器用片的制造方法，其特征在于，是權(quán)利要求1所述的壓力傳感器用片的制造方法， 其利用靜電紡絲沉積法將包含高分子材料和導(dǎo)電性材料的分散系液體噴射到第一電極片上，形成導(dǎo)電性纖維纏繞而成的壓敏導(dǎo)電層。22.一種壓力傳感器用片的制造方法，其特征在于，具有: 第一工序，在溶劑中混合第一導(dǎo)電材料和離子液體，得到在溶劑中分散有第一導(dǎo)電材料的第一分散系； 第二工序，在溶劑中混合第二導(dǎo)電材料，得到在溶劑中分散有第二導(dǎo)電材料的第二分散系； 第三工序，將第一分散系與第二分散系混合，得到第三分散系； 第四工序，在第三分散系中添加高分子材料并攪拌，得到第四分散系;和 第五工序，利用靜電紡絲沉積法將第四分散系噴射到第一電極片上，形成導(dǎo)電性纖維纏繞而成的壓敏導(dǎo)電層。23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的壓力傳感器用片的制造方法，其特征在于，還具有: 利用靜電紡絲沉積法將包含所述高分子材料和所述導(dǎo)電性材料的分散系液體噴射到第二電極片上，形成導(dǎo)電性纖維纏繞而成的第二壓敏導(dǎo)電層的工序;和 使所述壓敏導(dǎo)電層與所述第二壓敏導(dǎo)電層粘結(jié)的工序。
【文檔編號】G01L1/20GK105960581SQ201580007199
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2015年2月5日
【發(fā)明人】李誠遠(yuǎn), 染谷隆夫, 關(guān)谷毅
【申請人】國立研究開發(fā)法人科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)