[发明专利]一种高灵敏度柔性应变传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种高灵敏度柔性应变传感器的制备方法，其特点是采用自组装工艺将石墨烯应变层转移到PDMS柔性衬底上，然后做上电极进行封装，制得该应变传感器。本发明与现有技术相比具有300%以上的应变，且灵敏度因子最大可达4500，制备工艺简单，对传感器目标量敏感的材料选择性广泛，原材料容易获得，生产成本较低，可广泛应用于生物医学的可穿戴电子器件。

技术领域

本发明涉及柔性传感器技术领域，具体地说是一种基于有序单分子层技术的高灵敏度柔性应变传感器的制备方法。

背景技术

电子传感器一般是基于固体金属应变片设计的，其便携性、可穿戴性差，与易碎的传统传感器相比，柔性传感器因其良好的弹性、拉伸性和可以持续检测等优点，成为新一代传感器重要发展方向之一。目前，可穿戴的电子器件已经被广泛应用于生物医学，人体活动检测和电子皮肤等与人类生活息息相关的各个方面。专利（CN107726971）公开了一种应变传感器，利用碳纳米纤制作出的传感器的最大形变量可以达到400%，但是其电阻变化量只有初始电阻的60倍，灵敏性并不理想。专利（CN107655398A）公开了一种高灵敏度可拉伸柔性应变传感器及其制作方法，该传感器最大灵敏度因子最大可以达到3390.06，但是其最大应变只有65%。

现有技术的柔性传感器应变范围小，灵敏性差，从上述专利中可以看出，柔性传感器很难将高灵敏度和高应变结合，大大限制了柔性传感器的进一步发展和在实际中的应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种高灵敏度柔性应变传感器的制备方法，采用自组装工艺将图像化石墨烯应变层转移到聚二甲基硅氧烷（PDMS）衬底上，利用电学和热学性质优异的单层石墨烯薄膜与高光学透明性的PDMS结合，制备应变达90%且灵敏度因子最大可达4500的高灵敏度柔性应变传感器，实现300%以上的应变，可广泛应用于生物医学的可穿戴电子器件中，具有良好的弹性、拉伸性和可以持续检测的优点，制备工艺简单，品质稳定性好，制备效率和成品质量高。

实现本发明目的的具体技术方案是：一种高灵敏度柔性应变传感器的制备方法，其特点是采用自组装工艺将石墨烯应变层转移到聚二甲基硅氧烷（PDMS）柔性衬底上，然后做上电极进行封装，制得该应变传感器，具体制备包括以下步骤：

a步骤：对聚二甲基硅氧烷柔性衬底采用等离子体清洗和亲水化处理。

b步骤：将水性石墨烯与乙醇按1：0.5~1质量比混合的溶液经超声处理，离心后取上层清液，得到石墨烯铺展液。

c步骤：将上述制备的石墨烯铺展液放置在去离子水液面上，铺展后静置20~40分钟，待乙醇挥发后在去离子水上形成石墨烯层，然后将石墨烯层放置在膜分析仪的水槽左右两侧的滑杖内，且以10毫牛/米.分钟的速度向中心移动，压缩石墨烯液面层至两个滑杖的间距为4~6厘米，得到紧密的石墨烯溶液。

d步骤：在聚酰亚胺胶带上激光刻蚀应变层形状，将图形化的聚酰亚胺胶带黏贴在聚二甲基硅氧烷柔性衬底上，并将其固定在浸渍镀膜头上，以2~5毫米/分钟的速度在上述经滑杖处理的石墨烯溶液里垂直提拉进行石墨烯薄膜的转移。

e步骤：将转移石墨烯薄膜的聚二甲基硅氧烷柔性衬底在75℃温度下热处理1~3分钟，然后揭下聚酰亚胺胶带，在柔性衬底上制得图形化的石墨烯应变层。

f步骤：将石墨烯应变层的两端分别滴注银浆电极并连接导线，然后将其加热固化并封装，制得石墨烯柔性应变传感器。

本发明与现有技术相比具有应变能力大、灵敏度高，可实现300%以上的应变，灵敏度因子最大可达4500，制备工艺简单，品质稳定性好，操作方便，生产成本较低，对传感器目标量敏感的材料选择性广泛，原材料容易获得，良好的弹性、拉伸性和可以持续检测，可广泛应用于生物医学的可穿戴电子器件。

附图说明

图1为本发明工艺流程图；