[发明专利]一种基于多层复合薄膜的柔性压力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于多层复合薄膜的柔性压力传感器及其制备方法，传感器包括衬底层、电极层、压力敏感层以及顶部保护层。压力敏感层为多孔MXene/还原氧化石墨烯纳米片多层复合薄膜，自上而下包括第一层还原氧化石墨烯薄膜、多孔MXene薄膜层、第二层还原氧化石墨烯薄膜。各敏感层微观材料结构呈疏松状多孔结构，对压缩应变有优良的灵敏度以及极低的检测极限。多层复合结构使传感器具有较大检测范围。本发明公开的柔性传感器，可以实现极低压力的检测，灵敏度高，制备方法简单易行，可行性高。

技术领域

本发明涉及一种柔性压力传感器，具体涉及一种高灵敏度柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

可穿戴电子器件具有很高的柔韧性和灵敏度，在机器人、假肢、医疗健康和人机交互等领域有着广泛的应用，引起了科研工作者的广泛的研究兴趣。传统的压力传感器一般是半导体硅材料为基底构成，其柔韧性和延展性差，由于其较差的穿戴功能和舒适性，限制了其在可穿戴与曲面场景的应用。如何制备具有良好性能的柔性压力传感器对可穿戴设备的发展有着重要意义。

随着2004年石墨烯在实验室中成功制备的首次报道，越来越多的低维纳米材料走近研究者的视线，由于低维材料异于传统块体材料的各种新奇的力学、热学、电学特性，使其有望成为新型电子器件的潜在应用材料，因此纳米材料呈现出爆发式的研究热度。目前，金属纳米线、碳纳米管、石墨烯、MXene等纳米材料正在被学者们致力应用于压力敏感材料的制备。其中，MXene凭借其独特的金属导电性和丰富的表面官能团，以及高度可调的化学和结构形式，使其既可以作为本征活性材料和/或其他功能材料的载体，也可以用于各种应用，包括能量存储和转换，电磁干扰屏蔽，传感器，生物医学成像和治疗。但MXene同样具有二维材料的缺点，特别是重叠倾向强，缺乏封闭的多孔结构。同时MXene所含钛（Ti）原子容易被氧化，使材料丧失导电性，极大的限制所制备器件的使用周期。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出提供一种具有高灵敏度、大检测范围及较高可靠性的柔性压力传感器，同时提供该传感器的制备方法。

技术方案：一种基于多层复合薄膜的柔性压力传感器，包括从下而上依次布设的衬底层、电极层、压力敏感层以及顶部保护层；电极层采用叉指形电极结构；压力敏感层由依次设置的第一层还原氧化石墨烯薄膜、多孔二维过渡金属碳化物薄膜层、第二层还原氧化石墨烯薄膜构成，所述第一层还原氧化石墨烯薄膜和第二层还原氧化石墨烯薄膜将多孔二维过渡金属碳化物薄膜层上下面完全包覆；其中，第一层还原氧化石墨烯薄膜、第二层还原氧化石墨烯薄膜的孔隙尺寸与多孔二维过渡金属碳化物薄膜层的孔隙尺寸不同。

进一步的，所述第一层还原氧化石墨烯薄膜、第二层还原氧化石墨烯薄膜的孔隙尺寸分布在200-500纳米，多孔二维过渡金属碳化物薄膜层的孔隙孔隙尺寸分布在100-200纳米。

进一步的，所述电极层的电极材料为金属双面导电胶带，双面分别黏附衬底层和压力敏感层。

进一步的，所述衬底层与顶部保护层为柔性有机材料薄膜。

一种基于多层复合薄膜的柔性压力传感器制备方法，包括如下步骤：

步骤A1：采用激光打印的方式在金属双面导电胶带上打印出叉指电极结构以及与叉指电极结构连接的压焊块，形成电极层；

步骤A2：将衬底层浸入乙醇中清洗，烘干，然后将电极层转移至衬底层上；

步骤A3：将压力敏感层转移至电极层上；

步骤A4：将顶部保护层贴附在压力敏感层上，所述顶部保护层完整包覆压力敏感层。

一种基于多层复合薄膜的柔性压力传感器制备方法，所述压力敏感层制备方法包括如下步骤：

步骤B1：采用抽滤方法，在水系滤膜上抽滤氧化石墨烯纳米片水溶液，形成第一层氧化石墨烯薄膜；