[发明专利]一种牺牲层辅助的超薄柔性压力传感器制备方法

说明书

本发明提供一种牺牲层辅助的超薄柔性压力传感器制备方法，属于微机电系统(MEMS)和微纳米加工技术领域。首先，选择两个相同的施主基片A、B，在施主基片A、B表面均沉积一层牺牲层。其次，在施主基片A的牺牲层表面沉积一层聚对二甲苯，并在聚对二甲苯表面通过光刻工艺制作金叉指电极结构。再次，在施主基片B的牺牲层表面旋涂一层聚二甲基硅氧烷，并在聚二甲基硅氧烷基表面通过喷涂工艺制作碳纳米管导电薄膜。最后，将金叉指电极结构对准碳纳米管导电薄膜贴合并放置在水中，溶解去除牺牲层PAA，得到超薄柔性压力传感器。本发明具有工艺简单、通用性好的特点，通用性好且制备过程柔和没有应力产生，不会破坏超薄柔性压力传感器。

技术领域

本发明属于微机电系统(MEMS)和微纳米加工技术领域，涉及一种牺牲层辅助的超薄柔性压力传感器制备方法。

背景技术

柔性压力传感器(Flexible pressure sensor)在医疗监测、运动检测和人机交互系统中具有潜在应用而被广泛研究。目前，研究人员已经发明了多种柔性压力传感器，主要分为电阻型、电容型和压电型。其中，电阻型柔性压力传感器因为其具有结构简单、抗干扰能力强等优点，可被应用于可穿戴设备中用于人体的监测。而在实际应用中，当把柔性压力传感器贴附到人体表面的时候，如具有大曲率的手指尖等结构时，较厚的柔性压力传感器和手指尖并不能实现良好的共形贴附，从而产生滑移、错位等缺陷，导致检测不准确及运动伪影。而超薄柔性压力传感器具有较好的共形贴合能力，能够贴附在手指尖等表面实现精确的压力监测，将会有助于更有效的检测压力，未来在人机交互系统和智能假肢等领域有着潜在应用。

迄今为止，有几种方法实现了超薄柔性压力传感器的制作。例如，韩国科学技术院的Park教授课题组制备的一种超薄、可兼容的柔性压力传感器，厚度为31.3μm。再如日本东京大学Someya教授课题组利用静电纺丝工艺制备了厚度为12μm的柔性压力传感器，灵敏度0.141kPa^-1。上述几种传感器在可穿戴设备中具有一定的优势，但是在手指尖等大曲率环境中应用时，还是不够轻薄，以及制作过程过于繁琐，很容易产生褶皱和裂纹等缺陷。为了制作更加轻薄的柔性压力传感器，因此需要一种更简单、通用的且柔和的传感器制作方法。

发明内容

本发明提出一种牺牲层辅助的超薄柔性压力传感器制备方法，与之前报道的柔性压力传感器相比，本发明提出的牺牲层辅助的制作方法通用性好、工艺简单且转印过程柔和。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种牺牲层辅助的超薄柔性压力传感器制备方法，包括以下步骤：

(1)选择两个相同的施主基片A、B，在施主基片A、B表面均沉积一层牺牲层。所述的当施主基片材料为玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯或者硅时，选择聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)或葡萄糖(dextran)作为牺牲层。

(2)在施主基片A的牺牲层表面沉积一层聚对二甲苯，并在聚对二甲苯表面通过光刻工艺制作金叉指电极结构。所述聚对二甲苯层(Parylene)采用化学气相沉积制作。

(3)在施主基片B的牺牲层表面旋涂一层聚二甲基硅氧烷，并在聚二甲基硅氧烷基表面通过喷涂工艺制作碳纳米管导电薄膜。所述聚二甲基硅氧烷层(PDMS)通过挥发性溶剂稀释后旋涂制作，挥发性溶剂为甲苯或正己烷。

(4)室温下，将金叉指电极结构对准碳纳米管导电薄膜贴合并放置在水中，利用水溶解去除牺牲层PAA，超薄柔性压力传感器从施主基片表面脱落,所述超薄柔性压力传感器的总厚度为1μm。

本发明得到的超薄柔性压力传感器包括四层结构，上下分别为聚对二甲苯层、聚二甲基硅氧烷层，中间为贴合的金叉指电极结构和碳纳米管导电薄膜，由于碳纳米管导电薄膜连通金叉指电极结构构成导电通路。其工作基本原理为，在施加压力的时候，碳纳米管导电薄膜和金叉指电极间的接触电阻产生变化从而能够感知压力。