[发明专利]通用的PDMS柔性传感器高精度金属微电极制备工艺

说明书

本申请提出一种通用的PDMS柔性传感器高精度金属微电极制备工艺，将现有的金属薄膜通过光刻的方式制备出微米尺度电极阵列，经PDMS封装后可保持器件较好的弹性和生物相容性的同时，保留金属电极的高导电性和韧性。该工艺制备的PDMS柔性器件可用于生物植入设备，如神经刺激器、心脏起搏器、人工耳蜗等。

技术领域

本申请涉及电极加工技术领域，尤其涉及一种通用的PDMS柔性传感器高精度金属微电极制备工艺。

背景技术

在煤矿等工作环境中，空间狭窄，工人活动幅度大，柔性穿戴传感器需要有更好强度。对于电极材料则需要具备较高的弯折性能和韧性。聚二甲基硅氧烷(PDMS)由于良好的弹性和拉伸性能为柔性传感器提供了合适的基材。而金属电极则具有足够的强度和优良的导电性。

然而，通过常规的制备微电极的方法如物理化学沉积方式难以保证电极的强度、延展性和足够的厚度，在PDMS弯折过程中，电极会发生断裂导致器件的损坏。金属与PDMS之间的结合力也较差。

现有在PDMS上制备金属电极的方式有以下几类：

1)物理化学沉积：直接在PDMS基底上透过物理掩膜版，通过物理、化学沉积的方式制备电极形状。

2)将金属颗粒混入PDMS中制备柔性电极：将金属颗粒或纤维和PDMS混合形成柔性的导电材料。

3)金属颗粒或纤维与特定溶剂混合，然后注入PDMS的微通道形成电极。

现有技术有以下缺点：

1)物理化学沉积：

物理化学沉积方式对基底和金属离子之间的亲和性要求较高，通常需要对PDMS表面化学或物理改性。改性后PDMS与金属的结合力也难以维持满足随意弯曲而不脱落的程度。物理化学沉积的电极通常致密性和延展性均相对较差，且制备时间过长，1μm以上电极通常需要几个小时，成品在弯曲过程中非常容易发生断裂。

2)将金属颗粒混入PDMS中制备柔性电极：

将金属纳米颗粒和PDMS混合后与PDMS基底固化可实现较好的连接性和韧性，但金属颗粒与PDMS的混合会显著降低电极的导电性。类似的方式还有将金属纳米线与PDMS混合，存在同样的问题。

3)同样存在导电性差的问题。同时在注入电极的通道设计上有较大限制，只能制备简单的电极形状。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的目的在于提出一种通用的PDMS柔性传感器高精度金属微电极制备工艺，将现有的金属箔通过光刻的方式制备出微米尺度电极阵列，经PDMS封装后可保持器件较好的弹性和生物相容性的同时，保留金属电极的高导电性和韧性。

为达上述目的，本申请实施例提出了一种通用的PDMS柔性传感器高精度金属微电极制备工艺，包括以下步骤：

步骤A，将金属箔放置于旋涂平台上并固定位置，在金属箔上旋涂一层PDMS薄膜；

步骤B，加热直到PDMS固化后，将金属箔翻面并固定于旋涂平台上，在金属箔上旋涂一层光刻胶；

步骤C，将金属箔放在光刻机上光刻出设计好的电极图案，并用配套的显影液对光刻胶进行显影，暴露出需要腐蚀的电极；

步骤D，利用刻蚀剂对金属箔进行湿法刻蚀，形成所需的电极形状；

步骤E，利用配套的光刻胶除胶剂去除光刻胶；

步骤F，在电极表面旋涂一层PDMS薄膜，固化后形成封装的器件。

在一些实施例中，所述步骤B中，加热时采用加热盘，将金属箔放在加热盘上进行加热。