[发明专利]一种基于砂纸模板制备宽检测范围压阻式传感器的方法

说明书

本发明公开了一种基于砂纸模板制备宽检测范围压阻式传感器的方法，步骤如下：（1）将一定质量的PDMS和CAM，NaCl均匀搅拌溶解；（2）将均匀搅拌后的混合物倒入模具中，并两端覆盖砂纸处理，在130℃固化2小时，将固化后的方形PDMS固体放在乙醇溶液中超声2小时，得到具有微结构的PDMS海绵；（4）将制备好的PDMS通过在CNT和GNP溶液中循环浸渍，制备了压阻式PDMS海绵传感器。相对于传统传感器较低的检测范围和灵敏性，该方法利用砂纸引入微结构，以CAM和NaCl作为混合牺牲模板，缩短了了反应时间，制备了具有高灵敏性，宽压力检测范围的压力传感器，实现了对低压力和高压力区良好的检测响应性。

技术领域

本发明属于柔性传感器技术领域，具体涉及一种基于砂纸模板制备宽检测范围压阻式传感器的方法。

背景技术

柔性传感器在医疗健康，个人防护等领域具有广泛的应用，人体运动过程中会产生各种各样的物理或生物信号（温度、电解质和代谢产物）等，通过将这些信号进行测量和转化，可以较为深入的了解健康状况。然而，面对人类复杂的生理活动，因此对材料的设计以及器件结构的创新提出了新的要求，因此，如何制备高灵敏性、宽检测范围、便携舒适的传感器成为了首要目标。

目前研究中，常见的压阻式传感器因为其优异的信噪比，响应速度等优点，成为了研究热门，然而常见方法所制备的传感器往往具备较差的耐久性和较窄的检测范围，因此，如何保持高灵敏性的基础上，进一步提高传感器的检测范围成为了新的难题。现有技术中也存在固化后的PDMS方块溅射CNT和GNP，但导电材料仅在传感器表层，海绵内层的压力变化难以检测，其所制备的传感器无法提高较宽的压力检测范围。

专利CN111378205A提出了一种由方糖作为模板，制备了PDMS海绵的方法，专利CN201910313612.9 提出了一种由PDMS和涂覆在PDMS正面的rGO层构成的制备柔性压阻传感器的方法。但所制备的传感器存在较低灵敏性，压力检测范围较小 (0-16 kPa)的问题。该膜组件正面具有与240目砂纸表面相同的峰脊结构，具有较高的检测灵敏性，可实现对外力的实时监测得优点，但仍存在压力检测范围较小 (0-16 kPa)，从而限制了传感器的应用的缺点；因此本发明提出了利用砂纸引入粗糙结构，并在CNT和GNP溶液中循环浸渍的方法，可得到高灵敏性的压力传感器，所制备的传感器能够实现脉搏检测等微小振动检测的优点。

若在固化后的PDMS方块溅射CNT和GNP，所制备的传感器呈现膜层结构，从性能上讲，该方法所制备的传感器具备较高的导电性，但是缺少微结构设计无法赋予传感器较高的灵敏性，例如(CN111378205A，CN202010860457.5)；从制备基底来讲，膜层结构因缺少弹性从而无法提高较宽的压力检测范围如(CN201910574660.3)；从制备思路来讲，相对于物理溅射方法，本发明所采用的制备方法是通过层层浸渍自组装的化学方法以将CNT和GNP牢牢结合在海绵骨架上，从而制备高灵敏性传感器，该方法简单且具备可扩展性，从而无需昂贵的仪器设备便可完成传感器的制备。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于砂纸模板制备宽检测范围压阻式传感器的方法，本发明采用砂纸处理和利用CAM，NaCl作为牺牲模板法制备了高弹性的PDMS导电海绵，所制备的海绵具有机械柔韧性、可压缩性、轻便性等优势。制备出的柔性压阻式传感器具有优秀的灵敏性、宽的检测范围和高稳定性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于砂纸模板制备宽检测范围压阻式传感器的方法，具体步骤如下：

（1）将PDMS和氯化钠(NaCl)、一水合柠檬酸(CAM)搅拌均匀，并在真空干燥箱除去气泡；

（2）制备具有微结构的PDMS海绵

将上述除去气泡的PDMS混合溶液倒入模具中，并在两端覆盖砂纸，在一定温度的烘箱中固化。

（3）导电性处理