具体实施方式

图2示出了根据本发明的一个实施例的大面积薄膜压力传感器的示意性结构图。如图2所示，该大面积薄膜压力传感器包括上封装层1、下封装层4、电极层5、纳米敏感层2和柔性支撑层3。该电极层5形成于下封装层4上，且电极层5与外部电源连接。该纳米敏感层2以薄膜状形态形成于所述上封装层1上。该柔性支撑层3设置在所述纳米敏感层2和所述电极层5之间，且构造成在所述大面积薄膜压力传感器受到外界压力时允许所述纳米敏感层2和所述电极层5的接触，在所述外界压力撤销时使得所述纳米敏感层2和所述电极层5完全分离。

根据本发明的方案，通过在电极层5和纳米敏感层2之间增加柔性支撑层3，并使柔性支撑层3构造成在大面积薄膜压力传感器受到外界压力时允许纳米敏感层2和电极层5的接触，在外界压力撤销时使得纳米敏感层2和电极层 5完全分离，由此可以解决大面积薄膜压力传感器由于自塌陷问题导致其电阻无法回复至原始状态的技术问题，从而极大提高了薄膜压力传感器输出性能的一致性。

在一个实施例中，该电极层5和该纳米敏感层2均为连续的，即电极层5 由一个电极构成，纳米敏感层2的薄膜结构是连续的。并且，该电极层5和纳米敏感层2上下对齐布置。

该上封装层1和下封装层4的形状可以是任意形状，例如可以是圆形、椭圆形、正方形、长方形等。该电极层5例如可以是叉指电极，叉指电极由多个梳状或指状的电极周期性排布组成，该叉指电极例如可以是圆形、长方形或正方形等。该电极层5的材料可以选择为铜、铝、银等金属，可通过磁控溅射、微纳加工、真空镀膜技术和激光划线工艺等方法制成。在一个实施例中，该电极层5的面积大于或等于第二预设面积，第二预设面积是纳米敏感层2在悬空状态时能够出现自塌陷的最小面积。此处“悬空状态”是指，将下封装层4和设置在其上的电极层5作为一个整体，使电极层5为朝向下方的倒置状态。若纳米材料层和电极层5之间没有设置柔性支撑层3，则在悬空状态下且电极层 5面积较大的情况下，电极层5是有自塌陷的风险的，并且，在器件受到外界压力时，塌陷的电极层5不易回复至初始状态。

该纳米敏感层2的面积大于或等于第一预设面积，该第一预设面积是纳米敏感层2在悬空状态时能够出现自塌陷的最小面积。此处“悬空状态”是指，将上封装层1和设置在其上的纳米敏感层2作为一个整体，使纳米敏感层2为朝向下方的倒置状态。若纳米材料层和电极层5之间没有设置柔性支撑层3，则在悬空状态下且纳米敏感层2面积较大的情况下，纳米敏感层2是有自塌陷的风险的，并且，在器件受到外界压力时，塌陷的纳米敏感层2不易回复至初始状态。该纳米敏感层2优选选择为导电纳米油墨材料，该导电纳米油墨材料的组成成分包括导电碳材料、高分子聚合物以及无机半导体材料等，该导电碳材料例如可以为无定型碳、石墨烯、碳纳米管等。该高分子聚合物例如可以为 PDMS，该高分子聚合物的作用为作为填充物以及成膜。该无机半导体材料例如可以选择为二氧化硅，其可以作为分散剂。该纳米敏感层2的制备方法包括浸涂、旋转涂料、丝网印刷和喷墨印刷等。

该柔性支撑层3构造成能够由纳米敏感层2和/或电极层5的外边缘区域逐渐向中心区域为纳米敏感层2和/或电极层5提供多个支撑点。该柔性支撑层3 的多个支撑点阵列式排布。该多个支撑点可以扩大理解为支撑点、支撑线或支撑面。例如，该柔性支撑层3可以构造成网格形、锯齿形、同心圆环形或迷宫型。该柔性支撑层3的材料为绝缘材料，例如可以为液体胶水、固体胶、胶膜和UV胶等。在该实施例中，该大面积薄膜压力传感器的封装可以是通过液体胶水、固体胶、胶膜、UV胶或注塑等方式进行粘合封装。

该柔性支撑层3的结构设计是要考虑电极层5的结构。叉指电极的电极密度与柔性支撑层3的多个支撑点的密度是相互匹配的，以在大面积薄膜压力传感器受到外界压力时，避免柔性支撑层3影响纳米敏感层2和电极层5的接触，并在外界压力撤销时支撑纳米敏感层2和电极层5，并使得纳米敏感层2和电极层5能够完全分离。以下以大面积薄膜压力传感器器件为球拍形为例进行说明。

该大面积薄膜压力传感器的上封装层1和下封装层4均具有头部和与头部连接的颈部。该上封装层1和下封装层4的头部均构造成椭圆形。该下封装层 4上还构造有凹槽，该凹槽的形状与电极层5的形状匹配，且该凹槽从下封装层4的头部延伸至颈部，以使该电极层5嵌入该凹槽，并从下封装层4的头部延伸至颈部，且该电极层5的上表面与该下封装层4的上表面齐平。由于将电极层5嵌入下封装层4的凹槽内，可以进一步避免电极层5的自塌陷问题。

该电极层5构造成椭圆形，与下封装层4的形状保持一致，且该电极层5 选择为叉指电极。该叉指电极由多个指状或梳状电极以椭圆形阵列的形式周期性排布。该纳米敏感层2是薄膜状，同样可以形成为椭圆状。该柔性支撑层3 例如可以为同心圆环形，即由多个同心圆环组成。该多个指状或梳状电极之间的间距与该多个同心圆环之间的间距具有一定的关系，不是任意间距都可以，间距选择不合适则可能会导致器件无法实现其基本功能(检测压力的功能)。以下通过实验验证数据来详说明。

实验中，选择了四种不同间距，分别是0.05mm、0.5mm、1.5mm和3mm，在间距为1.5mm时，最终获得的电阻变化是最明显的，且电阻每次都可以回复至原始状态，并且电阻回复时间为1s左右，也就是说，在多个同心圆环的间距选择为1.5mm时，器件的灵敏度是最高的，同时可以解决现有技术中的器件在受压后电阻无法回复至原始状态，且电阻回复过程较慢的技术问题。而经过实验验证发现，该同心圆环的间距不限于上述间距，可以是在范围为0.5-5mm之间的任一值。该同心圆环的间距反应了支撑点的密度，间距越小，密度越大，间距越大，密度则小。也就是说，该柔性支撑层3的支撑点是具有一个最优密度的，可以根据该柔性支撑层3的结构来确定其最优密度。

在最优密度下，电极层5中各个电极的间距也会对压力检测性能产生影响。当各个电极的间距太疏，大于最优密度时，器件受压后纳米敏感层2接触不到电极层5，此时会没有电信号。各个电极的间距过密，虽然对于压力检测性能提升有帮助，但是会增加制造工艺难度，因此保证最优密度下，器件受压后纳米敏感层2能接触到至少四根电极即可在制造工艺和性能上达到平衡。

图3示出了根据本发明一个实施例的大面积薄膜压力传感器在不同压力下的电压-电流图。由图3可知，在不同压力下，电阻会发生明显的变化，且在同一压力下电阻可以维持恒定。

图4示出了根据本发明一个实施例的同一个大面积薄膜压力传感器分别测试三次的灵敏度曲线图。由图4可知，该大面积薄膜压力传感器在受压后，电阻发生明显的相对变化，说明大面积薄膜压力传感器具有较高的灵敏度，同时三次测量的结果相差不大，说明大面积薄膜压力传感器具有较优的稳定性。

该大面积薄膜压力传感器具有很好的弹性形变能力，材料选择广泛，成本低，制造工艺简单，且大面积薄膜压力传感器的性能稳定，能够从根本上解决传统薄膜压力传感器传感层循环稳定性较差的问题。与传统的薄膜压力传感器相比，本申请的大面积薄膜压力传感器具有更高灵敏度，更宽的线性响应范围、以及长期循环稳定性等性能，应用范围较广。此外，该大面积薄膜压力传感器采用严格的封装工艺，没有缝隙和开槽，更加适合于无尘、安防等要求较高的环境。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。