[发明专利]一种可压缩应变传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种制备应变传感器的方法，采用聚酰亚胺(PI)胶带用作掩模制作石墨烯应变层并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)衬底上，然后制作电极并封装，制得石墨烯应变传感器。本发明与现有技术相比具有更高的应变能力、更高的灵敏度因子、制备工艺简单、技术使其应用场景更宽阔。并且由于原材料易得、生产成本较低，可广泛用于可穿戴电子器件领域。

技术领域

本发明涉及可压缩传感器技术领域，具体而言是一种基于有序单分子层技术的应变传感器的制备方法。

背景技术

随着信息时代的应用需求越来越高，面对越来越多的特殊信号和特殊环境下气体、压力、湿度等的测量，新型传感器技术逐渐向微小型化、智能化、延展化、便携可穿戴趋势发展。随着基质材料的发展，传感器成为新一代传感器重要发展方向之一，已广泛应用于医学诊断、电子皮肤、智能家居等方方面面。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最大形变量很高，但灵敏度不足。专利(CN107655398A)公开了一种高灵敏度可拉伸应变传感器及其制作方法，但其最大应变范围较小。

现有技术所制成的应变传感器难以兼具应变范围大和灵敏度高的特点，并且未实现将应变传感器处理，极大限制了传感器的发展和应用。

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制备可压缩应变传感器的方法。本发明将聚酰亚胺(PI)胶带用作掩模制作石墨烯应变层，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)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，制备应变能力强、灵敏度因子高、可压缩的应变传感器，可广泛用于可穿戴电子器件，具有良好的弹性、拉伸性和稳定性，且制备工艺简单、制备效率高和成品质量高。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种可压缩应变传感器的制备方法，采用聚酰亚胺(PI)胶带作掩模，将应变传感器制成满足应用场景需求的不同形状，适用于自组装技术的石墨烯制备方法。具体制备包括以下步骤：

(1)对聚二甲基硅氧烷衬底采用等离子体清洗和亲水化处理。

(2)将水性石墨烯和无水乙醇混合后，超声处理并离心后，取溶液的上清液，得到石墨烯铺展液。

(3)准备液面已清洁干净的去离子水，用清洗干净的注射器吸取步骤(2)制备得到的石墨烯铺展液并铺展在去离子水液面上，铺展后静置，形成石墨烯层。然后将石墨烯层放置在膜分析仪中压缩，得到紧密的石墨烯溶液。

(4)在聚酰亚胺(PI)胶带上激光刻蚀应变层形状，将刻蚀的聚酰亚胺(PI)胶带黏贴在步骤(1)处理后的聚二甲基硅氧烷衬底上，并将其固定在浸渍镀膜头的前端，然后将聚二甲基硅氧烷衬底在步骤(3)得到的石墨烯溶液中垂直提拉进行石墨烯薄膜的转移，得到转移到衬底上的石墨烯应变层样品。

(5)将经上述处理后的聚二甲基硅氧烷衬底加热，然后揭下聚酰亚胺胶带，在衬底上制得的石墨烯应变层。

(6)将石墨烯应变层的两端分别滴注银浆电极，连接铜导线等待银浆凝固然后将其加热固化并封装，制得石墨烯应变传感器。

步骤(1)中，所述“等离子体清洗和亲水化处理”的具体操作步骤为利用等离子体清洗机实现聚二甲基硅氧烷衬底的等离子体清洗，去除其表面化学物质残留和天然氧化层。

步骤(2)中，所述水性石墨烯和无水乙醇的质量比为1:0.5～1；优选地，为1：1。

步骤(2)中，所述超声处理的时间为30-40min；优选地，为30min。

步骤(3)中，将石墨烯铺展液铺展在去离子水液面上的步骤具体为：将所述石墨烯铺展液一滴一滴地铺在去离子水液面上，在滴加的过程中，采取左右循环滴加的方式，保持表面压力稳定。