[发明专利]一种双裂缝结构的柔性形变传感器及其制备方法有效
申请号: | 202010282963.0 | 申请日: | 2020-04-10 |
公开(公告)号: | CN111473722B | 公开(公告)日: | 2021-05-11 |
发明(设计)人: | 吴俊;朱迪;段升顺 | 申请(专利权)人: | 东南大学 |
主分类号: | G01B7/16 | 分类号: | G01B7/16;C09D183/04 |
代理公司: | 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204 | 代理人: | 金诗琦 |
地址: | 211102 江*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 裂缝 结构 柔性 形变 传感器 及其 制备 方法 | ||
本发明公开了一种双裂缝结构的柔性形变传感器及其制备方法,所述传感器,包括PDMS层和导电物质层,PDMS层的顶面有裂缝一,底面有裂缝二,裂缝二贯穿导电物质层,PDMS层设置裂缝一的顶面上溅射金属层,裂缝一、裂缝二逐一对应。所述制备方法,包含以下步骤:PDMS预聚体、固化剂、正己烷搅拌,溶液真空干燥,得到PDMS旋涂剂;取导电物质水分散液加去离子水稀释,抽滤,取出滤膜;将滤膜固定在圆玻璃片上,旋涂PDMS旋涂剂,真空干燥固化;取出除去滤膜,得到覆盖导电物质层的PDMS层,雕刻裂缝一、裂缝二;将PDMS层溅射金属层;将铜箔固定,引出导线,得到双裂缝结构的柔性形变传感器。本发明的传感器,能够保证小形变下检测的高敏感度,提高传感器应变的稳定性。
技术领域
本发明属于传感器领域,具体为一种双裂缝结构的柔性形变传感器及其制备方法。
背景技术
柔性电子以大面积、可变形、便携性和多功能集成为主要特征,在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景,正在创造并将继续创造出许多前所未有的新型器件,如可卷曲放入笔筒的显示器、可根据教具自动调节的人造柔性视网膜、可植入人体的可降解电子器件以及可随身携带的电子纹身等。
目前,许多智能化的检测设备已经大量地采用了各种各样的传感器,其应用早已渗透到诸如工业生产、海洋探测、环境保护、医学诊断、生物工程、宇宙开发、智能家居等方方面面。但随着信息时代的应用需求越来越高,对被测量信息的范围、精度和稳定情况等各性能参数的期望值和理想化要求逐步提高。针对特殊环境与特殊信号下气体、压力、湿度的测量需求,对普通硬质传感器提出了新的挑战。人们希望传感器能够具有透明、柔韧、延展、可自由弯曲甚至折叠、便于携带、可穿戴等特点。在这种条件下,柔性传感器便应运而生了。
柔性传感器是指采用柔性材料制成的传感器,具有良好的柔韧性、延展性、甚至可自由弯曲甚至折叠,而且结构形式灵活多样,可根据测量条件的要求任意布置,能够非常方便地对复杂被测量进行检测。柔性传感器的优势让它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,科学家将制作成的柔性传感器置于设备中,可监测台风和暴雨的等级;在可穿戴方面,柔性的电子产品更易于测试皮肤的相关参数,因为人的身体不是平面的。柔性传感器作为柔性电子器件中重要的一部分受到了海内外专家学者的关注。
但是柔性传感器依然存在一些问题,比如对于小形变的响应不够灵敏,Han等人设计了一种基于纳米材料和导电液体的复合结构应变传感器,可应对4%至400%以上的多尺度应变,但在4%以下小形变不具有高灵敏度和耐用性。Liu等人通过制备具有逐层结构的石墨烯膜,获得了在0-50kPa范围内敏感的压力传感器,但是实现的是线性变化,电信号和检测的特征量呈现出正相关的变化关系,却无法表征导通与闭合的开关特性。因此,现有的技术制造出在小形变情况下高度敏感的、具有稳定开关特性的柔性传感器还是一个挑战。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明目的是提供一种能够保证在小形变下高敏感度检测、具有开关特性的双裂缝结构的柔性形变传感器,本发明的另一目的是提供一种可行性高、特征可控的双裂缝结构的柔性形变传感器的其制备方法。
技术方案:本发明所述的一种双裂缝结构的柔性形变传感器,包括PDMS层和导电物质层,PDMS层的顶面设置裂缝一,底面设置裂缝二,裂缝二贯穿导电物质层,PDMS层设置裂缝一的顶面上溅射金属层,裂缝一、裂缝二逐个对应。
其中,裂缝一、裂缝二的数量均为5~20条,宽度均为50~200nm。金属层的厚度为20~100nm。金属层由金、银、铜、铂中的任意一种材料制成。导电物质层由石墨烯、碳纳米管、炭黑、MXene中任意一种材料制成。
上述双裂缝结构的柔性形变传感器的制备方法,包含以下步骤:
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