[发明专利]一种高灵敏度的3D打印柔性传感器的制备方法

说明书

本发明提供一种新型高灵敏度的3D打印柔性传感器的制备方法，该方法基于毛细悬浊液，以PDMS作为第一相液体、IL作为第二相液体，Ag粉或银片作为导电载体，Rh作为催化剂，PMHS作为为交联剂，由第一相液体和第二相液体构成悬浊液，然后结合银粉或银片形成电导型传感器柔性导电材料胶体，该方法通过PDMS胶体、PMHS交联剂、Rh催化剂形成高伸缩变形的高分子胶体的主体，疏水性Ag颗粒提供电导性。本发明通过采用第一相、第二相液体制备出基于毛细管力悬浊液的柔性传感器的Ag‑PDMS胶体，相对传统的传感器胶体，提升了柔性传感器胶体的性能，并且通过第二相溶液增加了银颗粒的链接，形成银颗粒串，从而有效提升电导率。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其是一种高灵敏度的3D打印柔性传感器的制备方法。

背景技术

柔性传感器具有非常好的应用前景，包括在医疗电子、环境监测和可穿戴等领域。例如在环境监测领域，携带柔性传感器的设备，可以监测台风和暴雨的等级。在可穿戴方面，柔性传感器可以测试皮肤的相关参数。

柔性传感器的主要是金属材料(金Au，银Ag，铜Cu)、无机半导体材料(氧化锌ZnO，硫化锌ZnS)、有机材料、活性材料和柔性基底(聚二甲基硅氧烷PDMS)组成。常规柔性传感器制备形成胶体的电导率不高，金属材料的质量百分比高，成本高，并且伸缩变形有限。

在制作方法，为了得到高性能的柔性传感器，需要特殊的制作方法。因为柔性传感器对尺寸和厚度都有严苛的要求，以及对导电性要求很高，所以在制作工艺上有严苛的要求。

目前柔性传感器主要采用多种不同比例的溶剂、柔性基底、添加剂和金属材料组成，成份比较复杂，稳定性较差，伸缩变形有限，金属成分比例较高。在长时间应用之后，容易变形失效。比如采用PET(Polyethylene terephthalate)、PC(Polycarbonate)具有很高的杨氏模量，伸缩变形较小，不利于制备高伸缩变形的、灵敏度高的柔性传感器。其次在金属传导材料上，Al、Zn、Au和CNT等尝试用做传感器中，但是金属材料的质量比例较高才能获得较高的电导率，和灵敏度。

其次，常规制作工艺通常采用压模成型，制作出的柔性传感器的外观较单一，功能也是简单，尺寸较大。采用常规工艺制作的柔性传感器由于尺寸较大，限制了其在精密加工的用途，并且降低了其使用寿命、性能稳定性和灵敏度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高灵敏度的3D打印柔性传感器的制备方法，本发明利用毛细管悬浊液效应，制备柔性传感器胶体材料，本发明可以制备出粘弹性更高、稳定性更好的新型柔性传感器胶体。

本发明的技术方案为：一种高灵敏度的3D打印柔性传感器的制备方法，该方法基于毛细悬浊液，其中，以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为第一相液体、IL作为第二相液体，Ag粉或银片作为导电载体，氯化铑(Rh)作为催化剂，聚甲基氢硅氧烷(PMHS)作为为交联剂，由第一相液体和第二相液体构成悬浊液，然后结合银粉或银片形成电导型传感器柔性导电材料胶体，该方法通过PDMS胶体、PMHS交联剂、Rh催化剂形成高伸缩变形的高分子胶体的主体，疏水性Ag颗粒提供电导性。

进一步的，毛细管悬浊液中PDMS和Ag经过Mixer均匀，Rolling辊压加工混合后，分别加入Rh催化剂、PMHS交联剂和IL第二相溶液，然后进行Mixer旋转混合均匀，最后经过脱泡完成整个柔性传感器胶体的制作过程，然后把该毛细管悬浊液的Ag-PDMS流变体放置于3D打印机，通过改变喷嘴和打印图像，获得不同传感器线宽和阵列的3D打印柔性传感器。

进一步的，所述的柔性传感器的制备方法，具体包括以下步骤：

S1)、在常温下，将一定量的PDMS和Ag混合，并经过Mixer设备在转速为1000/min条件下混合均匀；

S2)、在常温下，将一定量的Rh催化剂和一定量的PMHS交联剂与步骤S1)中制备的溶液混合，然后进行Mixer混合均匀；