[发明专利]一种3D打印压感器件的制备方法

说明书

本发明公开了一种3D打印压感器件的制备方法，该制备方法以聚甲酸乙烯酯的甲酸溶液为原料，以乙醇、水或氢氧化钠溶液为凝固浴，进行溶液3D打印，打印后的样品进行吡咯聚合，即得压感器件。本发明制备流程简单，成本低廉，同时采用3D打印方法，方便成型，得到的压感器件能应用于可穿戴领域，用来监测人体足部的各类运动。

技术领域

本发明涉及一种3D打印压感器件的制备方法，属于3D打印和压力传感交叉技术领域。

背景技术

电阻型传感器的原理死通过外界压力作用将器件中导电材料的电阻变化转化为电信号。电信号变化主要由于施加压力时两种导电材料之间的接触电阻引起的。电阻式传感器由于其简答的器件结构和信号转换机制、低功耗以及具备可高密度点阵化潜力而被广泛研究，根据工作机理的不同，电阻型传感器又可分为应变和压阻式两类。压阻式压感器件探测原理是基于材料压阻效应，通常依靠导电填充颗粒之间隧道电阻变化进行探测，没有明显形变；应变式压感器件是基于材料被拉伸或压缩时形变导致横截面积减小，此过程中的电阻变化而进行探测。

现压力传感器的压力敏感材料为聚合物导电复合材料，即由导电介质材料与聚合物基体混合处理后，形成具有导电能力的聚合物复合材料。聚合物导电材料的电阻率具有明显的压力依赖性，可通过改变其掺杂导电介质含量，即可获得不同敏感度及不同量程的压力传感器。聚合物导电复合材料中的填料可以为金属、陶瓷、炭黑、石墨等。此类导电复合材料，通常需要较大的导电介质填充量才能达到渗流阈值，而高填充量下聚合物自身的机械性能则难以保证，而此种传感器的压阻敏感度普遍偏小，且重复性不高。为提高传感器灵敏度及量程，也可通过对压敏材料表面进行微纳处理，使压敏层表面带有一定微纳结构，从而提升传感器输出性能，但该工艺涉及设备昂贵，工艺复杂。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中压感器件制造成本高且过程复杂等问题，提供一种3D打印压感器件的制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种3D打印压感器件的制备方法，该制备方法以聚甲酸乙烯酯的甲酸溶液为原料，以乙醇、水或氢氧化钠溶液为凝固浴，进行溶液3D打印，打印后的样品进行吡咯聚合，即得压感器件。

更为具体的，本发明制备方法包括以下步骤：

(1)打印油墨的制备

以甲酸作为溶剂和反应物，加入聚乙烯醇，水浴加热搅拌，反应完全后冷却至室温；

(2)3D打印

以乙醇、水或氢氧化钠溶液为凝固浴，进行溶液3D打印；

(3)吡咯聚合

将3D打印后的样品浸入含有吡咯的有机溶剂中，再加入表面活性剂和引发剂进行原位聚合。

其中，步骤(1)中甲酸和聚乙烯醇的加入比例为：甲酸93ml～120ml、聚乙烯醇20g～30g；聚乙烯醇的分子量为67000～200000；甲酸采用无水甲酸或质量浓度不小于88％的甲醇溶液。

步骤(1)中水浴温度为30℃～90℃，搅拌时间为1～5小时。

步骤(2)中氢氧化钠溶液的浓度为0.1mol/L～1mol/L。

步骤(3)中有机溶剂采用乙醇或二氯甲烷，表面活性剂采用吐温80或十二烷基磺酸钠，引发剂采用硫酸铁溶液；所述硫酸铁溶液的浓度为0.6mol/L～0.9mol/L。

吡咯、有机溶剂、表面活性剂和引发剂的加入比例为：吡咯4～5ml、有机溶剂150ml、表面活性剂1ml、引发剂50～100ml。