[发明专利]碳纳米管/聚苯胺复合薄膜柔性力敏传感器及其制备方法

摘要

本发明公开了碳纳米管/聚苯胺复合薄膜柔性力敏传感器及其制备方法。其包括：碳纳米管/聚苯胺复合薄膜上、下表面的聚二甲基硅氧烷(PDMS)绝缘保护层和金属叉指电极柔性基底；绝缘保护层附着于碳纳米管/聚苯胺复合薄膜上表面；叉指电极柔性基底位于碳纳米管/聚苯胺复合薄膜以下；叉指电极柔性基底和碳纳米管/聚苯胺复合薄膜组成了柔性力敏传感器力敏单元。该柔性力敏传感器中碳纳米管/聚苯胺复合薄膜具有柔韧性好、重复性好、性能稳定与使用寿命长等特点。

主权项

1.一种碳纳米管/聚苯胺复合薄膜柔性力敏传感器的制备方法，所述传感器包含：(1)碳纳米管/聚苯胺复合薄膜；(2)碳纳米管/聚苯胺复合薄膜上表面聚二甲基硅氧烷PDMS绝缘保护层；(3)碳纳米管/聚苯胺复合薄膜下表面金属叉指电极柔性基底；所述金属叉指电极是直接镀在柔性基底上的，金属叉指电极柔性基底与碳纳米管/聚苯胺复合薄膜构成柔性力敏传感器的力敏单元；所述碳纳米管/聚苯胺复合薄膜为聚苯胺均匀包覆在碳纳米管上形成的复合材料制成的薄膜；所述的碳纳米管为羧基化单壁碳纳米管或羧基化多壁碳纳米管；其特征在于，步骤如下：1)采用金属叉指电极柔性基底制作工艺，制作碳纳米管/聚苯胺复合薄膜下表面金属叉指电极柔性基底，厚度为75～150μm柔性基底用氧等离子体处理，具体参数：真空度0.1Pa，通入氧气，氧气流量10～20sccm，使工作压力达到20～120Pa，射频功率60～100W，室温下处理5min；2)利用光刻技术在柔性基底镀上间隔100μm Ti‑Au叉指电极；具体参数如下，紫外曝光参数：AZ5214胶110℃前烘3min，曝光1s，120℃后烘2min，曝光20s，显影1min；电子束蒸镀参数：真空度5×10‑6mbar，金属电极厚度为50nm‑200nm；3)碳纳米管分散液：取20mg碳纳米管，分散在9mL质量分数为68％的浓硝酸和27mL质量分数为98％的浓硫酸中，110℃油浴搅拌45～90min，将碳纳米管洗至中性，干燥后的碳纳米管配成0.2mg/mL混合液，混合液中还包含十二烷基苯磺酸钠，十二烷基苯磺酸钠SDBS质量是混合液质量的1％，并在300～1000W超声分散30～60分钟；4)在40mL浓度为1mol/L的HCl中加入60mg过硫酸铵，再加入300μL步骤3)制备的浓度为0.2mg/mL碳纳米管混合液，超声5～30分钟，在5℃搅拌20min，最后加入43μL苯胺，控制反应温度在5℃，搅拌3～12h，即制成碳纳米管/聚苯胺的复合材料；5)在步骤2)制备的金属叉指电极柔性基底上，用喷涂法将步骤4)中复合材料均匀涂覆，室温下干燥；待溶剂完全挥发后，在金属叉指电极柔性基底上形成均匀的碳纳米管/聚苯胺复合材料薄膜；所述碳纳米管/聚苯胺复合材料薄膜厚度控制在100～200μm；6)在步骤5)碳纳米管/聚苯胺复合材料薄膜上均匀涂覆一层聚二甲基硅氧烷PDMS绝缘保护层，得到碳纳米管/聚苯胺复合薄膜柔性力敏传感器。