[发明专利]一种基于纳米材料的柔性薄膜磁传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性磁传感器的制备方法，具体涉及一种基于纳米材料的柔性薄膜磁传感器的制备方法，属于传感器技术领域。

背景技术

地球上存在各种各样，形态各异的磁场，它们影响着我们的生活。例如地磁场，它是地球的根本资源之一，关于地磁场的应用在地球科学、航空航天、资源探测、交通通信、国防建设以及地震预报等领域都有着举足轻重的地位。除此之外，磁场对生物的生命活动也有巨大的影响。

为了让磁场的检测可以更加方便，简洁，我们可以制作用于检测磁场的柔性传感器，这样人们就可以随身携带传感器，以便于随时随地检测磁场。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，提供了一种基于纳米材料的柔性薄膜磁传感器的制备方法，属于传感器技术领域。本发明在提高传感器稳定性、柔韧性、灵敏度的同时有望实现批量化生产，且可以用于检测在生活中磁场是否存在及磁场的大小问题。

本发明的目的是提供一种基于纳米材料的柔性薄膜磁传感器的简单制备方法。在该制备方法中，在PDMS（聚二甲基硅氧烷）薄膜形成之后在其上粘有具有凹槽的绝缘胶带，且在这个凹槽中添加导电纳米材料的同时掺入一定质量比例的磁性纳米材料，从而进一步研究基于纳米材料的柔性薄膜磁传感器在有无磁场中、不同磁场中由于磁场力而产生不同的形变从而达到检测磁场是否存在及磁场大小等之类的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于纳米材料的柔性薄膜磁传感器的制备方法，包括下述步骤：

1）取一个培养皿，并将其放在平整的桌面上；

2）配置PDMS溶液：取PDMS预聚物与固化剂质量比为10:1置于试管中混合均匀得到PDMS溶液，然后将PDMS溶液加入到步骤1）所述的培养皿中；

3）静置待溶液流平后将盛有PDMS溶液的培养皿放入70℃的干燥箱中加热2h使PDMS溶液固化得到PDMS薄膜；

4）取出PDMS薄膜，在薄膜上贴一个具有凹槽的绝缘胶带，得到具有凹槽的PDMS柔性模板；

5）向PDMS柔性模板的凹槽中填充分散均匀的磁性纳米材料和导电纳米材料的混合物；

6）待纳米材料混合物彻底干燥后，撕下绝缘胶带，并用导电铜胶带从纳米材料混合物两个相对的边缘引出两个电极；

7）在纳米材料混合物上方滴一层薄薄的PDMS溶液，静置待溶液流平后得到具有夹层结构的柔性传感器，将具有夹层结构的柔性传感器放入70℃的干燥箱中加热2h，得到基于纳米材料的柔性薄膜磁传感器。

所述的PDMS是由美国Dow Corning Corp生产的SYLGARD 184型硅橡胶，它是由液体组分组成的双组分套件产品，包括预聚物与固化剂。

上述制备方法中，所述磁性纳米材料为纳米铁、纳米钴、纳米镍、纳米氧化铁、纳米氧化钴和纳米氧化镍中两种或两种以上的混合物，所述导电纳米材料为纳米金、纳米银、纳米铜、纳米铁、纳米铝、碳纳米管中的任意一种。

所述步骤2）中还包括利用真空干燥箱将试管抽真空至真空度为5-7MPa，使PDMS溶液中的气泡破裂得到表面无气泡的PDMS溶液。

所述步骤5）中磁性纳米材料和导电纳米材料的质量比为1:1-1:5。

所述培养皿的形状为圆形，或为正方形。

所述凹槽的形状为圆形，或为长方形，或为正方形。

所述步骤6）中的电极为银，或为铜，或为ITO。

本发明所制备的柔性薄膜磁传感器的工作原理为：将磁性纳米材料和导电纳米材料混合均匀一起作为敏感单元的填充物，由于磁性纳米材料的存在，可利用磁致伸缩效应使传感器发生形变，传感器中的导电纳米材料由于薄膜传感器的形变而发生相对位置的改变，造成电阻变化，磁传感器在不同的磁场条件下发生不同程度的形变，使电阻的变化量发生不同程度的改变，从而以传感器的电阻变化量来标定磁场的变化量，来检测磁场的存在及磁场的大小。同时由于磁场的强度不同，磁性纳米材料受到的磁场力的大小也会不同，对应的形变也将不同，这样也可以得知磁场的强度大小。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明致力于制备得到的基于纳米材料的柔性薄膜磁传感器，它具有灵敏度高、稳定性强、伸缩性好的优点。这种带有磁性纳米材料的柔性传感器适用于不同应用场合，可以用于检测磁场是否存在及磁场的大小。本发明的制备方法简单易行、可靠性好、稳定性强、可重复性良好，还有望实现微型化、低成本、批量化生产。