[发明专利]气凝胶、气凝胶电极、压力传感器及其制备方法

说明书

本发明属于电子器件技术领域，特别涉及一种气凝胶、气凝胶电极、压力传感器及其制备方法。该气凝胶原料组成包括氧化石墨烯和聚3，4‑乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐；该气凝胶电极包括电极本体、金属沉积层以及上述的气凝胶；该压力传感器包括上述的气凝胶电极。本发明所公开的压力传感器，采用三维多孔结构的气凝胶，具有人体汗毛‑表皮‑真皮多级仿生微结构的气凝胶电极，应用于压力感应领域，具有超高的灵敏度、宽的适用压力范围、高的循环稳定性、快的响应时间以及工艺简单、成本低等优点。

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，特别涉及一种气凝胶、气凝胶电极、压力传感器及其制备方法。

背景技术

柔性可穿戴电子器件，由于它特殊的性能近年来得到了广泛的关注，尤其是在柔性压力传感器领域有着广泛的应用。

当前研究的压力传感器，通常存在以下缺点：(1)灵敏度低；压力传感器通常采用电阻工作模式，采用导电材料/弹性体复合结构或基于接触电阻的双电极结构。导电材料/弹性体复合结构，是将导电材料填充到弹性体衬底内部形成复合材料，通过复合材料的压阻特性改变得到所受压力信息。基于接触电阻的双电极机构，是将导电材料涂覆于两块弹性体的表面，通过这两块电极之间的接触电阻的改变来获得所受压力信息。这两种构造的压力传感器具有工作原理简单、制造成本低、功耗小等特点，但由于弹性体材料本身所具有的大的黏弹性和大的杨氏模量，造成压力传感器灵敏度较低、响应慢、温漂严重等问题。一种压力传感器，如果灵敏度较低，对人体生命活动中产生的微小压力，如脉搏、呼吸等，失去检测能力，将无法实现对人体健康的实时监测。(2)适用范围小；现有的压力传感器一般只在小压力范围内具有较高的灵敏度，无法在大压力范围内对压力完成及时的响应。基于当前信号读取模块的要求，该类型压力传感器，如应用于可穿戴电子领域，常常因无法对超出检测范围的压力进行响应而失去传感能力。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种气凝胶、气凝胶电极、压力传感器及其制备方法，以改善了现有压力传感器灵敏度低、适用范围窄、响应时间慢的问题。

具体而言，本发明的第一方面提出一种气凝胶，其原料组成包括氧化石墨烯和聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐。

根据本发明的一种实施方式，所述气凝胶应用于压力传感器，有助于压力传感器提高其灵敏度。

根据本发明的一种实施方式，所述气凝胶呈三维多孔结构。

根据本发明的一种实施方式，所述氧化石墨烯和聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐的重量比可以选自(1-5)：1，优选地，所述氧化石墨烯和聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐的重量比为2：1。

本发明的第二方面涉及上述气凝胶的制备方法，具体而言，所述气凝胶可以通过以下方法制备得到：

1)以所述氧化石墨烯和聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐为原料，制备水凝胶膜；

2)将所述水凝胶膜冷冻干燥，得到所述气凝胶。

根据本发明的一种实施方式，所述水凝胶膜通过以下方法制备：将溶解有所述氧化石墨烯的氧化石墨烯溶液和溶解有所述聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐的聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐溶液混合，得到包覆液；将基板静置于所述包覆液内，得到水凝胶膜。

根据本发明的一种实施方式，所述包覆液通过以下方法制备：

1)配置氧化石墨烯溶液；

2)配置聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐溶液；

3)将上述氧化石墨烯溶液和聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐溶液混合，超声后，得到所述包覆液。