[发明专利]一种飞秒激光制备适用于检测人体运动的柔性传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种飞秒激光制备适用于检测人体运动的柔性传感器及其制备方法。该方法包括以下步骤：1)混合聚二甲基硅氧烷(PDMS)和交联剂，制备透明柔性的PDMS基底；2)用氧气等离子体(Plasma)辐照PDMS基底；3)在基底上面旋涂银纳米线浆料，并使浆料干燥；4)在银纳米线浆料表面覆盖透光片，并施加一定的压力；5)飞秒激光穿过透光片，扫描PDMS基底上的银纳米线浆料；6)去除透光片，旋涂PDMS，封装银纳米线浆料。本发明提供的方法制备速度快，精度高，母材低损伤。所制备的传感器质地柔软，反应灵敏，具有透光和优异的应变感知性能。

技术领域

本发明属于电子器件应用研究领域，具体涉及一种激光制备适用于检测人体运动的柔性传感器及其制备方法。

背景技术

随着柔性传感器，可穿戴设备和电子皮肤等不断涌入人们的生活和工作，柔性电子器件迎来了快速的发展。作为电子器件重要组成部分的铟锡氧化物(ITO)，因为金属铟的稀缺，ITO制备过程中的高沉积温度和本身的脆性等原因，已经极大的阻碍了柔性电子器件的发展。近年来，寻找新的材料代替ITO是工业界和学术界的一个研究热点。

碳纳米管、石墨烯、导电聚合物和金属纳米线都是代替ITO的热门材料，但是碳纳米管在高纯度、低成本和大规模量产等方面，是巨大的挑战；石墨烯制备成本高，良率差，和柔性基底兼容性差；导电聚合物在高温、高湿度或者紫外光条件下，导电性差，耐老化性差；常用的金属纳米线(金纳米线、铜纳米线和银纳米线)，金纳米线价格昂贵；铜纳米线易氧化，在上述三种纳米线中，其在空气中的稳定性最差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种飞秒激光制备适用于检测人体运动的柔性传感器及其制备方法，所制备的传感器质地柔软，反应灵敏，具有透光特性和优异的应变感知特性。本发明采用银纳米线代替ITO，得益于银纳米线具有高导电率和导热率，还具有易于合成、质地柔软等优质特点；所采用的PDMS具有成本低廉，化学惰性高的特点，也具有良好拉伸性能和透光性能等特点；飞秒激光作为重要的先进加工技术之一，具有脉冲宽度短、峰值功率高、能量可控和母材低损伤等优点，在高性能金属纳米线网络制备方面，具有极大的加工制造优势。本发明将银纳米线、PDMS和Plasma辐照、飞秒激光两种加工工艺有效结合，协同作用以制备获得性能优异的柔性传感器。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明第一方面提供一种飞秒激光制备适用于检测人体运动的柔性传感器的制备方法，包括以下步骤：

1)混合PDMS和交联剂，制备透明柔性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底；

2)用氧气等离子体(Plasma)辐照PDMS基底；

3)在步骤2)的PDMS基底上面旋涂银纳米线浆料，并使浆料干燥；

4)在银纳米线浆料表面覆盖透光片，并施加一定的压力；

5)飞秒激光穿过透光片，扫描PDMS基底上的银纳米线浆料，使银纳米材料互连；

6)去除透光片，旋涂PDMS，封装互连后的银纳米线，防止银纳米材料发生氧化。

进一步，步骤1)中，PDMS和交联剂的重量比为5:1～15:1。

进一步，步骤2)中，Plasma的功率为40-100W，辐照时间为20～100s。

进一步，步骤3)中，银纳米浆料浓度为1～25mg/ml；旋涂Ag纳米线的速度为200～500rpm，旋涂时间为20～100s。

进一步，步骤4)中，施加的压力值为0.1～5N。

进一步，所述步骤5)中，透光片为表面平整的刚性透光片，选自普通玻璃、PVC(聚氯乙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。