[发明专利]一种基于激光制备的活体昆虫表面的柔性共形电极、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于激光制备的活体昆虫表面的柔性共形电极、制备方法及其应用，属于柔性共形电极技术领域；通过物理吸附将柔性导电层共形贴附在活体昆虫表面，利用激光直写技术作用在表面吸附有柔性导电层金箔的活体昆虫表面，激光的光热效应使得与激光作用部分的金箔被去除，留下了互补的具有叉指结构的金电极；柔性金电极与其附着的昆虫表面具有一样的形状以及曲率，因而被称为柔性共形电极；以空气为介电层，得到了基于柔性共形电极的压力传感器，可以实现对微小物体触碰以及对手指接近时的两种模式的超灵敏检测；该方法可以实现对曲面柔性导电层的任意图案化的快速加工，突破了激光加工对于衬底表面平整度的严格限制。

技术领域

本发明属于柔性共形电极技术领域，具体涉及一种基于激光制备的活体昆虫表面的柔性共形电极、制备方法及其应用。

背景技术

昆虫由于具有体积小、结构精细、功能齐全等特点受到人们的广泛关注，因而在活体昆虫表面集成器件以实现对外界环境信息的相关感知具有广阔的应用前景。

传统的制作共形电极的方法如光刻法、纳米压印法通常只适用于平面衬底上的加工，同时也面临着工艺繁琐、压印模板制作困难以及对准复杂等难题。飞秒激光加工技术虽然具有精度高、可图案化等优点，但对于加工衬底的曲率要求较高，只适用于平整的衬底。丝网印刷技术以及3D喷墨打印技术可以实现对曲面的共形电极加工，但也存在印刷成本昂贵、加工时间长等缺点。此外，以活体昆虫作为衬底，还需考虑加工技术对于昆虫的作用，由于昆虫壳层表面通常呈曲面流线型，上述加工技术在作用过程中会对昆虫的壳层造成破坏，因而目前还没有一种方法能够快速、无损的将电极共形集成到活体昆虫壳层表面，同时不对昆虫表面造成破坏，而基于活体昆虫表面的柔性共形电极器件对于与外界环境信息的感知具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是：利用激光加工技术制备活体昆虫表面的柔性共形电极。利用激光直写技术作用在表面吸附有柔性导电层金箔的活体昆虫表面，激光的光热效应使得与激光作用部分的金箔被去除，留下了互补的具有叉指结构的金电极，柔性金电极与其附着的昆虫表面具有一样的形状以及曲率，因而被称为柔性共形电极；以空气为介电层，得到了基于柔性共形电极的压力传感器，可以实现对微小物体触碰以及对手指接近时的两种模式的超灵敏检测。

传感器的主要检测原理为：(1)对于接触模式而言，由电容式平行板电容器公式(其中d为平行板电容器的上下极板相对距离、ε₀为真空介电常数、ε_r为平行板电容器中介电层的介电常数、A为上下两极板之间的相对面积)可得，当物体接触到传感器时，叉指电极之间的介电层由介电常数较小的空气变化为空气和介电常数较大的物体，使得介质的介电常数ε_r变大，因而在一定压力下，传感器的电容值发生变化，具有较高的灵敏度；(2)对于非接触模式而言，基于平行板电容器的边缘电场效应，平行板电容器边缘区域的电场线会扩展到外部空间，当手指接近时，手指会截取电极的边缘电场线，从而降低叉指电极之间的电场强度使得电容值降低；因而传感器对于手指的接近较为敏感。

本发明通过如下技术方案实现：

一种基于激光制备的活体昆虫表面的柔性共形电极，所述活体昆虫表面的柔性共形电极，是通过物理吸附作用将金箔共形吸附在活体昆虫表面，然后利用飞秒激光直写技术对金箔进行图案化加工得到。

第二方面，本发明提供了一种基于激光制备活体昆虫表面的柔性共形电极的方法，具体步骤如下：

步骤(1)：昆虫表面导电基底的吸附；

对导电基底进行剪裁，通过物理吸附将其固定在活体昆虫表面，从而得到与昆虫表面共形的柔性导电基底；

步骤(2)：利用激光直写技术加工导电基底，制备活体昆虫表面的柔性共形电极；