[发明专利]一种柔性压力传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种柔性压力传感器，自下而上依次为第一微纳结构PDMS薄膜、第一CNT薄膜、毫米结构PDMS层、第二CNT薄膜和第二微纳结构PDMS薄膜；所述毫米结构PDMS层包括两个长条形PDMS薄膜，位于第一CNT薄膜的两端，厚度为1～2mm，所述第一微纳结构PDMS薄膜和第二微纳结构PDMS薄膜表面为椎体结构；

所述第一微纳结构PDMS薄膜和第二微纳结构PDMS薄膜的制备过程具体为：a)将硅片依次在丙酮、乙醇中超声清洗15～30min，然后采用去离子水冲洗，氮气吹干；b)将上步清洗吹干后的硅片放置于三维移动平台的真空腔内，真空腔内通入SF₄气体后，在能量密度为0.42J/cm²、脉冲数为612.5、能量为0.1mJ的飞秒激光下以1mm/s的速度进行扫描烧蚀，得到黑硅，其SEM图如图2所示；c)上步得到的黑硅依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗15～30min，氮气吹干后，浸泡于TMCS溶液中，在60～70℃下水浴加热5～10min，取出待用；d)将聚二甲基硅氧烷主剂和硬化剂按照质量比为10：1的比例混合均匀，在0.1Torr的真空环境下放置20～30min以除去气泡，得到聚二甲基硅氧烷旋涂液，然后在上步处理后得到的黑硅上旋涂聚二甲基硅氧烷旋涂液，转速为400～500rpm，旋涂完后先置于0.1Torr的真空环境下除气20～40min，再于60～70℃温度下干燥1～3h，剥离，即可得到微纳结构的PDMS薄膜。

2.根据权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述毫米结构PDMS层包括两个长条形PDMS薄膜，位于CNT薄膜的两端，两个长条形PDMS薄膜之间的距离为20～26mm。

3.根据权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述第一微纳结构PDMS薄膜和第二微纳结构PDMS薄膜的厚度为0.5～2mm，表面为阵列排列的厚度为2～10μm的椎体；所述第一CNT薄膜和第二CNT薄膜的厚度为100～300nm。

4.一种柔性压力传感器的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：制备第一微纳结构PDMS薄膜和第一CNT薄膜；

a)将硅片依次在丙酮、乙醇中超声清洗15～30min，然后采用去离子水冲洗，氮气吹干；b)将上步清洗吹干后的硅片放置于三维移动平台的真空腔内，真空腔内通入SF₄气体后，在能量密度为0.42J/cm²、脉冲数为612.5、能量为0.1mJ 的飞秒激光下以1mm/s的速度进行扫描烧蚀，得到黑硅，其SEM图如图2所示；c)上步得到的黑硅依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗15～30min，氮气吹干后，浸泡于TMCS溶液中，在60～70℃下水浴加热5～10min，取出待用；d)将聚二甲基硅氧烷主剂和硬化剂按照质量比为10：1的比例混合均匀，在0.1Torr的真空环境下放置20～30min以除去气泡，得到聚二甲基硅氧烷旋涂液，然后在上步处理后得到的黑硅上旋涂聚二甲基硅氧烷旋涂液，转速为400～500rpm，旋涂完后先置于0.1Torr的真空环境下除气20～40min，再于60～70℃温度下干燥1～3h，剥离，即可得到微纳结构的PDMS薄膜；

步骤2：将两个长条形PDMS薄膜层叠于第一CNT薄膜两端，得到毫米结构PDMS层；

步骤3：制备第二微纳结构PDMS薄膜和第二CNT薄膜，并采用第二CNT薄膜面向第一CNT薄膜的方式将第二微纳结构PDMS薄膜和第二CNT薄膜层叠于步骤2得到的毫米结构PDMS层上；从而得到本发明所述柔性压力传感器。

5.根据权利要求4所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，步 骤1所述第一微纳结构PDMS薄膜和步骤3所述第二微纳结构PDMS薄膜的厚度为0.5～2mm，表面为阵列排列的厚度为2～10μm的椎体。

6.根据权利要求4所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，在微纳结构PDMS薄膜上制备CNT薄膜的具体过程为：在第一微纳结构PDMS薄膜和第二微纳结构PDMS薄膜上分别转移厚度为100～300nm的CNT薄膜，然后在90～110℃下退火处理10～30min，得到第一CNT薄膜和第二CNT薄膜。

7.根据权利要求4所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤2所述长条形PDMS薄膜的制备过程具体为：将聚二甲基硅氧烷主剂和硬化剂按质量比10:1的比例混合，在0.1Torr的真空环境下放置10～30min以除去气泡，得到聚二甲基硅氧烷旋涂液；然后在硅烷化处理后的玻璃基片上旋涂上述聚二甲基硅氧烷旋涂液；最后将旋涂后的带聚二甲基硅氧烷的玻璃基片在60～80℃温度下干燥1～3h进行固化成型，将固化成型后的聚二甲基硅氧烷薄膜剥离下，即可得到厚度为1～2mm的长条形PDMS薄膜。