[发明专利]一种灵敏度可调的柔性压力传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种灵敏度可调的柔性压力传感器及其制备方法和应用。方法包括以下步骤：制备得到碳化钛纳米片分散液；将海绵浸泡在碳化钛纳米片分散液中，并真空干燥，得到第一状态的导电海绵；将第一状态的导电海绵浸入硝酸银溶液中，并真空干燥，得到第二状态的导电海绵；利用激光诱导技术在聚酰亚胺薄膜上制备叉指电极；将第二状态的导电海绵粘贴在叉指电极上，使导电海绵与叉指电极接触，然后将导线连接于叉指电极的两端，得到灵敏度可调的柔性压力传感器。本发明制备的柔性压力传感器成本较低，制备过程简单，且灵敏度可调，能适应不同场合检测的需求。

技术领域

本发明涉及生物传感器技术领域，尤其涉及一种灵敏度可调的柔性压力传感器及其制备方法和应用。

背景技术

柔性压力传感器近年被广泛运用于人体关节活动，软体机器人等领域。柔性压力传感器主要包括压阻式，压电式以及压容式三种类型。在外界压力作用下，活性功能材料的电性质发生变化，从而使得传感器的电信号(电阻，电容或电压)的输出发生改变。建立电信号的输出与外界压力之间的线性关系，可测得外界压力的大小。早期的柔性压力传感器的基底材料多为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚酰亚胺(PI)等聚合物，而活性功能材料与导电材料则通过各种方法转移到基底材料表面，形成平面结构。近年来，高检测精度，高灵敏度的检测要求对柔性压力传感器的结构与材料提出了更高的要求。

在众多结构中，三维多孔结构的柔性压力传感器近年来被广泛研究。相较于传统结构，三维多孔结构具有相对较低的压缩模量，从而使其在较低的外界压力下获得较大的形变。在压阻式传感器中，三维多孔结构的材料的表面被修饰上导电材料而赋予导电性。当其被压缩时，导电材料之间发生相互接触，从而使得导电通路的数量增加，传感器的电阻减小。常用的制备三维多孔结构的传感器的方法主要有冻干结合高温退火法，模板法等。以上这些方法操作繁琐费时，得到的传感器的性能无法适合多种测试场合的需求。因此，开发一种制备步骤简单，性能多样化的柔性压力传感器十分有必要。

发明内容

针对现有柔性压力传感器制备过程繁琐，仅能满足单一检测需求等特点，本发明提供了一种海绵结构的灵敏度可调的柔性压力传感器，采用该方法制备的柔性压力传感器，制备过程简单，且灵敏度可调，能适应不同场合检测的需求。

本发明提供了如下技术方案：

一、一种灵敏度可调的柔性压力传感器的制备方法

包括以下步骤：

步骤S1：将碳化钛(Ti3C2)纳米片分散在水中制备得到碳化钛纳米片分散液；

步骤S1，具体方法如下：

(1-1)向10mL 9mol/L的浓盐酸中加入0.8g LiF，得到LiF/HCl混合溶液。随后，向混合溶液中缓慢加入0.5g Ti₃AlC₂粉末，50℃下搅拌48h。

(1-2)将上述溶液用去离子水洗涤数次，直至溶液pH6。随后在3500r/min下离心3min，取沉淀。

(1-3)沉淀加入适量去离子水，冰浴下超声1小时。随后在8000r/min下离心1h，取上清液，得到碳化钛纳米片分散液，调节浓度至4mg/mL。

步骤S2：将海绵浸入步骤S1中得到的碳化钛纳米片分散液中，然后进行真空干燥，得到第一状态的导电海绵；

步骤S3：将步骤S2得到的第一状态的导电海绵在硝酸银溶液中浸泡，然后真空干燥，得到第二状态的导电海绵；

步骤S4：利用激光诱导的方法在聚酰亚胺薄膜上刻蚀出叉指电极；

步骤S5：将步骤S3中得到的第二状态的导电海绵贴附于步骤S4中得到的叉指电极上，使导电海绵与叉指电极接触，然后将导线连接于叉指电极的两端，即制备得到灵敏度可调的柔性压力传感器。