[发明专利]兼具高灵敏度及高精度的场发射柔性压力传感薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种兼具高灵敏度及高精度的场发射柔性压力传感薄膜及其制备方法，具有这样的特征，兼具高灵敏度及高精度的场发射柔性压力传感薄膜包括：被树脂包埋的可导电垂直纳米管阵列薄膜与超薄的单一组分聚合物弹性薄膜，其中，超薄的单一组分聚合物弹性薄膜的厚度小于1μm。本申请在压力传感领域引入了场发射机制，并使用只具有单一组分的聚合物弹性体作为外界压力的感应层，来大大降低系统误差，同时实现了高精度和高灵敏度。

技术领域

本发明属于柔性电子材料的制备技术领域，具体涉及一种兼具高灵敏度及高精度的场发射柔性压力传感薄膜及其制备方法。

背景技术

为电信号的柔性电子材料。同时具有高灵敏度高精度的压力传感器可以定量的传感微小的压力信息，赋予机械手以更加精密操纵的能力，同时也能给人机交互界面带来更大的应用可能性，使操作者和机器之间通过触摸产生更丰富的交互信息。同时，该技术也被认为是未来元宇宙部署中不可或缺的重要一环。

传统的柔性传感器要实现这两个特性的主要障碍是，它们依靠复杂的材料系统，如微纳结构或复合材料来实现高灵敏度。但随着复杂性的增加，系统中读出信号的随机误差也会增加，造成精度降低。然而，如果使用极其简单的传感材料来减少随机误差，基于传统的传感器设计思路就不能获得高灵敏度。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种兼具高灵敏度及高精度的场发射柔性压力传感薄膜及其制备方法。在本发明中，我们首次在压力传感领域引入了场发射机制，并使用只具有单一组分的聚合物弹性体作为外界压力的感应层，来大大降低系统误差，同时实现了高精度和高灵敏度。

本发明提供了一种兼具高灵敏度及高精度的场发射柔性压力传感薄膜，具有这样的特征，包括：被树脂包埋的可导电垂直纳米管阵列薄膜与超薄的单一组分聚合物弹性薄膜，其中，超薄的单一组分聚合物弹性薄膜的厚度小于1μm。

在本发明提供的兼具高灵敏度及高精度的场发射柔性压力传感薄膜中，还可以具有这样的特征：其中，超薄的单一组分聚合物弹性薄膜作为感应层，其组分的纯净度大于90％。

在本发明提供的兼具高灵敏度及高精度的场发射柔性压力传感薄膜中，还可以具有这样的特征：其中，被树脂包埋的可导电垂直纳米管阵列薄膜的弹性模量为超薄的单一组分聚合物弹性薄膜的弹性模量的5倍以上，被树脂包埋的可导电垂直纳米管阵列薄膜设置在超薄的单一组分聚合物弹性薄膜的上表面上。

本发明提供了一种兼具高灵敏度及高精度的场发射柔性压力传感薄膜的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，制备具有垂直纳米管阵列结构的可导电材料；步骤2，将可导电材料包埋于环氧树脂中，在真空环境中缓慢固化，得到包埋块体；步骤3，将包埋块体沿垂直于可导电材料的纳米管纤维的方向进行超薄切片，得到可导电垂直纳米管阵列薄膜；步骤4，将可导电垂直纳米管阵列薄膜平铺于导电金属箔或其他导电薄膜表面，并利用等离子体清洗技术，对可导电垂直纳米管阵列薄膜的表面进行清洗；步骤5，在平整的硬衬底表面旋涂一层牺牲层，利用磁控溅射技术在牺牲层上生长一层可导电电极，随后在该可导电电极表面利用旋涂技术，旋涂稀释后的聚合物弹性体，并在低温下使其溶剂缓慢挥发，聚合物固化成膜，得到超薄的单一组分聚合物弹性薄膜；步骤6，将清洗后的可导电垂直纳米管阵列薄膜贴合在超薄的单一组分聚合物弹性薄膜的上表面上，并使用乙醇润湿贴合面，在真空条件下除去贴合面中的气泡和乙醇，得到压力传感薄膜；步骤7，从压力传感薄膜引出电极导线后，将压力传感薄膜进行封装，得到兼具高灵敏度及高精度的场发射柔性压力传感薄膜，其中，高灵敏度及高精度的场发射柔性压力传感薄膜为上述高灵敏度及高精度的场发射柔性压力传感薄膜。

在本发明提供的兼具高灵敏度及高精度的场发射柔性压力传感薄膜的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，使用化学气相沉积方法制备可导电材料，可导电材料的纳米管包含单臂碳纳米管和多壁碳纳米管中的至少一种，可导电材料的纳米管的管径为1nm-300nm。