[发明专利]一种超薄高弹性透明应变传感器件的制备方法

说明书

本发明属于涉及新型功能材料科学技术领域，具体属于一种超薄高弹性透明应变传感器件的制备方法。包括如下步骤：（1）将弹性体制成原始薄膜后进行预拉伸，预拉伸为将原始薄膜拉伸到原始尺寸的120%到1000%，原始薄膜氧化，得到弹性薄膜；（2）将弹性薄膜与聚阳离子表面活性剂接触；（3）将经过步骤（2）的弹性薄膜表面涂覆导电物质的阴离子溶液，得到带有导电层的弹性薄膜；（4）重复步骤（2）、（3），得到超弹性体导电薄膜；（5）封装，得到应变传感器件。本发明的应变传感器件在极小的尺寸及超薄厚度下，构建了多层导电层，电阻率低，高透明性，在结构中形成的波浪形皱褶的较大的半径、单个的波浪形尺寸较小使得器件灵敏度高和响应速度快。

技术领域

本发明属于新型功能材料科学技术领域，具体涉及一种超薄高弹性透明应变传感器件的制备方法。

背景技术

近年来，人工智能技术高速发展，相关智能终端大量普及。仿真机器人，医疗修复体（人工肌肉）、可穿戴医疗电子器件等方面呈现出了巨大的市场前景。而该领域的发展离不开众多性能优异的传感器件，这些传感器件是实现终端产品智能化的关键和基石。其基本原理是利用特殊材料与声波、光波、电磁场、力场或温度场等相互作用形成可处理的信息，使机器人、假肢、电子监测设备等感知真实的物质世界。应变传感器件就是其中非常重要的一类。 一般来说，应变传感器件要求在一定的形变范围内电信号具有性线变化的特点，从而可根据电信号的变化，计算应变大小。

目前，关于应变传感器件的研究多是将导电物质通过旋涂或滴涂的方式负载于柔性可拉伸的基体表面，从而使导电网络随基体形变而发生线性可逆变化。这其中，导电层物质与基体的结合是可逆变化的关键。然而，目前众多的应变传感器件其导电层与基体结合较弱，导致应变传感器件线性相关性和循环稳定性较差。此外，目前应变传感器的应变范围较低（小于100%），从而限制了其使用范围。

现有技术中的应变传感器由于材料对应力的响应性较差，所以其灵敏度较低而且透明度比较差，在厚度上为了保证导电性，导电层的厚度往往较厚，这样会限制传感器件在体积较小、结构复杂的电子设备中的使用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种超薄高弹性透明应变传感器件的制备方法，通过层层自组装技术，将导电填料负载于预拉伸的高弹性薄膜表面，形成较强界面结合且具有稳定电导率的超薄弹性导电薄膜。由该薄膜所构筑的应变传感器件，其电导率、应变范围、透光率均可通过制备工艺参数调控，从而实现应变传感的高灵敏度、宽测量范围和高透光率。

本发明为一种超薄高弹性透明应变传感器件的制备方法，包括如下步骤：

（1）将弹性体预硫化，取洁净的玻璃片或者石英片在聚阳离子表面活性剂中浸润10s左右以后取出，用去离子水冲洗，烘干。再将玻璃片或者石英片放置于预硫化的胶乳溶液中10s后取出，进行干燥，将弹性体制备成厚度为50-200微米的原始薄膜，也可以通过热压、溶液铺膜法制得原始薄膜，将原始薄膜从玻璃片或者石英片取下用夹具进行预拉伸，预拉伸的方式可以为单轴拉伸或者双轴拉伸，将所述原始薄膜拉伸到原始尺寸的120%到1000%，将预拉伸后的原始薄膜氧化，得到弹性薄膜；

弹性体可以为天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体、三元乙丙橡胶、硅橡胶中的一种或多种。

本发明中需要对预拉伸的薄膜进行表面改性，本发明中改性的方式为将预拉伸后的原始薄膜置于等离子体表面处理设备或紫外-臭氧发生器中进行氧化，使得弹性体薄膜表面富含含氧官能团，进而具有良好的亲水性。预处理的目的是为了提高其浸润性带有含氧官能团对溶液的浸润性的提高，能够吸附聚阳离子电解质。

（2）通过浸渍法、旋涂法将聚阳离子表面活性剂涂覆于所述弹性薄膜上，再用大量去离子水冲洗多余未吸附的聚阳离子后干燥，以使弹性薄膜表面吸附阳离子电解质；