[发明专利]一种基于金属纳米线的柔性传感器、及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于金属纳米线的柔性传感器、及其制备方法，由从下至上依次排列的第一PDMS薄膜层、金属纳米导电网络、电极、第二PDMS薄膜层组成，该方法包括S1)、制备金属非晶纳米薄膜；S2)、制备金属纳米导电网络；S3)、涂覆第一PDMS薄膜层；S4)、剥离衬底；S5)、镀电极；S6)、制备第二PDMS薄膜层。本发明制备方法简单、运用范围广泛，并且衬底可以多次反复使用，进一步降低了制备成本；另外，金属纳米导电网络为一体化结晶态的，进一步提高了传感器的导电性能和传感器的灵敏性，并且通过将一体化金属纳米网络全部转移到PDMS薄膜上，使得传感器的稳定性、响应性、柔性大大提高，而且还降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及一种传感器技术领域，尤其是一种基于金属纳米线的传感器、及其制备方法。

背景技术

随着技术的发展，柔性器件以其优良的性能，可以被广泛的应用到各种领域。例如柔性触摸显示屏、柔性OLED(有机发光二极管)、柔性太阳能电池、柔性半导体器件以及应用在机器人身上的可穿戴电子皮肤。尤其是可穿戴电子皮肤，更要求其具有更好的柔性、可延展性、低电阻、透明性等优良性能。

ITO(氧化铟锡)作为一种传统的透明导电材料，已被应用到很多领域。不过其成本高、脆性高的特性限制了它的应用范围。碳纳米管、石墨烯以及它们的复合物作为透明导电材料被成功应用在了柔性衬底上，虽然这大大提高了它的柔性和透明性，然而它的电阻往往会很大。因此为了提高其导电性，一种金属纳米线AgNWs被应用到柔性传感器上。于是为了使传感器具有更好的导电性和透明性，可以在柔性衬底上镀有CNTs和AgNWs的复合导电薄膜。这种复合薄膜可以是分层的，也就是银纳米线在上，碳纳米管在下或者相反，还可以两种溶液均匀混合好后形成的复合薄膜。然而上述的复合导电薄膜，都属于一种物理复合，并且它们之间的粘结性较差。

而且传统的柔性传感器的制备方法一般是通过水热法制备金属纳米线，然后再将金属纳米线涂覆到一个基板上，接着，涂覆PDMS、PET等有机薄膜。固化之后，再剥离衬底，从而获得金属纳米线/有机薄膜组成的复合导电薄膜。在剥离的过程中，金属纳米线并不能完全剥离到有机薄膜上，而且金属纳米线之间是物理连接。即使通过一定热退火处理工艺改善接触性能，金属纳米线的优异导电性能还有较大的提升空间。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于金属纳米线的柔性传感器、及其制备方法。

本发明的技术方案为：一种基于金属纳米线的柔性传感器，由从下至上依次排列的第一PDMS薄膜层、金属纳米导电网络、电极、第二PDMS薄膜层，所述的金属纳米导电网络的直径为10-450nm，第二PDMS薄膜层的厚度为0.2-1μm。

进一步的，所述的金属纳米线为Pt纳米线、Au纳米线、Ag纳米线、Cu纳米线中的一种或者几种。

进一步的，所述的ZnO的厚度为0.5-10nm，衬底为Si，蓝宝石，石英，玻璃，厚度为0.5-2mm。

进一步的，所述的第一PDMS薄膜层的厚度为0.5-100μm。

本发明还提供一种基于金属纳米线的柔性传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1)、制备金属非晶纳米薄膜，将干净的ZnO/衬底放入磁控溅射镀膜中，然后抽真空，在10^-5Pa时，通入氩气，溅射金属靶材，得到厚度为5-20nm的非晶态的超薄金属非晶纳米薄膜；

S2)、制备一体化金属纳米导电网络，然后以0.2-0.4L/min的流量通入纯度为99.999％的氮气，并按照2-5℃/min的速率将衬底温度升温到300-500℃，保温0.5-10min，非晶态的超薄金属薄膜，在高温退火过程中缓慢结晶，由薄膜状态缓慢收缩，在氮气的辅助下，逐步形成一体化金属纳米导电网络；