[发明专利]一种面向离子传感器的金属纳米线柔性电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种面向离子传感器的金属纳米线柔性电极制备方法，包括以下步骤：将处理后的基体膜平放在玻璃板上，然后使用喷枪将离子聚合物/有机溶剂混合溶液均匀地沉积在基体膜上，然后使用加热平台对基体膜进行干燥，基体膜上形成粘结层；使用喷枪将金属纳米线分散液均匀地沉积在粘结层上，形成金属纳米线嵌入层，然后使用加热平台对基体膜进行干燥；通过电镀工艺将稀有金属离子电沉积到暴露在粘结层表面的金属纳米线上。本发明还公开上述制备方法制备得到的金属纳米线柔性电极。本发明提供的一种面向离子传感器的金属纳米线柔性电极及其制备方法，具备良好的稳定性以及较高的粘结力，同时无需苛刻的环境及设备，制备过程简便、快速和高效。

技术领域

本发明涉及一种面向离子传感器的金属纳米线柔性电极及其制备方法，属于离子传感器技术领域。

背景技术

离子柔性传感器具有可变形性、超亲水性和生物相容性等鲜明特性，在医疗监测、人机交互技术和电子皮肤等领域显示出广阔的应用前景。作为离子柔性传感器中收集离子电荷和传输信号的关键元件之一，柔性电极正面临着新的挑战。标准柔性电极通常通过溅射具有优异导电性的氧化铟锡(ITO)薄膜制备。然而，由于ITO薄膜太脆而无法满足下一代柔性电子产品的需求，研究人员正在寻找ITO的替代品。在过去十年中，碳纳米管、石墨烯、金属纳米线和聚(3，4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯-磺酸盐(PEDOT:PSS)已被用作柔性电极。其中，由于金属纳米线具有优异的导电性、导热性和机械柔韧性，可以在某些溶剂中进行分散，并在室温下印刷或涂布在不同的柔性基质上，以实现柔性电极的低成本和高产量生产，而被广泛应用。

尽管研究人员已经做出了相当大的努力来开发一些具有良好灵活性和稳定性的金属纳米线柔性电极，但一系列挑战仍然阻碍了其在柔性传感器中的应用。首先，金属纳米线柔性电极和基体之间较差的粘附性会降低离子传感器的机械稳定性。最近，一些研究人员尝试通过表面改性、使用聚合物薄层封装、快速光子烧结技术、倒置层处理方法和热压来增强粘附力。然而，由于金属纳米线柔性电极和基体之间的相互作用仍然是由较差的范德华力引起的，因此粘附力是有限的。同时，复杂的程序和苛刻的条件限制了金属纳米线柔性电极高产量生产。其次，金属纳米线柔性电极较差的化学稳定性也是阻碍其在柔性传感器中应用的挑战之一。金属纳米线柔性电极的电导率在受到化学腐蚀环境时，甚至长时间暴露在空气中，很容易恶化。尽管将金属纳米线嵌入聚合物基质[聚氨酯(PU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)]或将金属纳米线和聚合物(PEDOT:PSS)混合是提高化学稳定性的有希望的方法，但聚合物会降低柔性电极的导电性，并且金属纳米线的化学稳定性由于聚合物的不完全包裹，仍然不能令人满意。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种面向离子传感器的金属纳米线柔性电极及其制备方法，具备良好的稳定性以及较高的粘结力，同时无需苛刻的环境及设备，制备过程简便、快速和高效。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种金属纳米线柔性电极制备方法，包括以下步骤：

将预处理后的基体膜平放在玻璃板上，然后使用喷枪将离子聚合物/有机溶剂混合溶液均匀地沉积在基体膜上，然后使用加热平台对基体膜进行干燥，当有机溶剂被蒸发后，离子聚合物固化，基体膜上形成粘结层；

使用喷枪将金属纳米线分散液均匀地沉积在粘结层上，金属纳米线分散液中的有机溶剂会使已经固化的粘结层表面重新融化，呈现出一层胶状层，金属纳米线在速度和重力作用下部分嵌入胶状层中，形成金属纳米线嵌入层，然后使用加热平台对基体膜进行干燥，当有机溶剂被蒸发后，胶状层重新固化；

通过电镀工艺将稀有金属离子电沉积到暴露在粘结层表面的金属纳米线上。

基体膜的预处理包括以下步骤：

采用喷砂处理的方式对基体膜正反两面进行打磨；

将打磨后的基体膜进行超声清洗处理；