[发明专利]一种有机高分子半导体触觉传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种有机高分子压力传感器及其制备方法。

背景技术

目前，在触觉或者压力传感方面，主要有压电式、电容式和压阻式传感器。比较常用的压阻式传感器主要有金属应变片压力传感器，无机半导体压力传感器，以及掺入导体或半导体的绝缘弹性体传感器，如掺碳黑的导电橡胶压力传感器，或者含碳纳米管、纳米球的压阻式传感器，以及微机械的压力传感器。这些元件大多体积比较大，重量也比较大，不易形成微元件组成的可弯曲的大面积和多器件阵列，不易形成象手指那样的“触觉”测量条件。

有机共轭高分子材料是一种有机半导体。在一个共轭高分子主链内，通常具有公有化的电子，载流子在主链上可以近自由运动。因此，有机共轭高分子的主链导电性能非常好。而高分子的侧链通常是饱和键结合在一起的，是绝缘的，且侧链可长可短，可多可少，这些侧链可以把导电的主链分隔开，使材料的导电能力很低。如果材料受到外界压力，侧链会被压紧，主链之间距离减小，材料的导电能力得到迅速提升，撤去外界压力后，侧链恢复原来的形状，材料的导电能力也恢复到原来的比较低的水平。利用有机共轭高分子材料的这一特性可以制备性能优越的压阻式触觉传感器。这些特性与橡胶或塑料基片的可弯曲特性结合起来，就可以制备出可弯曲的具有高灵敏度，重量轻，成本低的大面积传感器，以及传感器阵列。

发明内容

本发明的目的在于提供一种灵敏度高、体积小、重量轻、成本低、使用方便的可弯曲的有机高分子半导体触觉传感器及其制备方法。

本发明提供的有机高分子半导体触觉传感器，使用一种触觉敏感材料作为工作物质，该敏感材料包括两种有机共轭高分子半导体材料，即两种聚苯乙炔类衍生物：

1、聚[2-甲氧基-5-(3′,7′-二甲基辛氧基)-1,4-苯乙炔](Poly[2-methoxy-5-(3′,7′-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene],MDMO-PPV)，结构见(a)式所示；

2、聚[2,5-双(3′,7′-二甲基辛氧基)-1,4-亚苯基亚乙烯](Poly[2,5-bis(3′,7′-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene],BDMO-PPV)，其结构见(b)式所示：

(a)MDMO-PPV分子结构

(b)BDMO-PPV分子结构。

这两种材料中，高分子的分子量根据分子链长不同，为1~1000万不等，优选分子量为10000—1000000。

本发明即是以上述有机共轭高分子半导体材料作为工作物质，通过压缩该物质后测量其电学特性的变化，即可感知在该物质上所施加的压力，从而使器件对外界压力敏感，形成触觉传感。

本发明提供的有机高分子半导体触觉传感器，为三明治结构。如图1和图2所示，其底层为可弯曲基片1，可弯曲基片1上为第二电极2，第二电极2上方为有机高分子层3，有机高分子层3上面为第一电极4，最上面为封装的塑料膜5。

上述结构中，可弯曲基片1可采用聚酰亚胺（PET）或者PS材料。第一电极材料一般为铝，或者银单层，或者为活泼金属钙，用作阴极。有机高分子层3即工作物质，采用MDMO-PPV或BDMO-PPV。第二电极材料一般为ITO膜，用作阳极。

本发明中，电极的厚度一般为0.1~0.5微米，电极的线宽一般为0.1~2毫米。电极之间有机高分子层的厚度通常为0.05~5微米。可弯曲基片和封装塑料膜的厚度一般在0.2~1毫米。

本发明中，器件工作区尺寸一般为0.5~10毫米的方形或圆形面积。因此，本发明的触觉传感器的半径为0.25~5毫米。

本发明的触觉传感器，其原理主要是：通过外加压力，使封装塑料膜传递外加压力到有机高分子层上，有机高分子层被压缩后发生电阻的改变，通过测量这一电阻值的变化，即可感知外加压力的大小。

本发明提供的有机高分子半导体触觉传感器的制备方法，分为两种：