[發明專利]一種PMMA膜制備方法及PMMA膜電阻式柔性壓力傳感器

在審

• 申請號: 201610044359.8
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105698978A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 魏雄邦;肖倫;全勇;陳志;龐韓英;吳天昊
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 張楊

技術領域

本發明涉及柔性壓力傳感器結構和制備，具體涉及PMMA薄膜制備工藝以及使用PMMA薄膜的電阻式柔性壓力傳感器的結構。

技術背景

柔性壓力傳感器是能將應力轉化為電學信號的柔性電子器件。一般來說，柔性壓力傳感器主要是通過電容效應，壓電效應以及壓電阻效應這三種原理將力學量轉化為電學信號。因為柔性壓力傳感器能將環境中的力學量轉化為容易處理的電學信號，使其在柔性觸摸屏、智能機器人、移動醫療和機械結構損傷檢測等領域得到了廣泛的運用。

柔性電阻式壓力傳感器主要有電容式、電阻式和壓電式，其中電阻式柔性壓力傳感器由于器件結構簡單，簡易的后期數據處理電路和較高的靈敏度備受產業界和研究界青睞。其中對電極式柔性電阻式壓力傳感器由于簡易的結構和極高的靈敏度而具有極大研究和運用潛力。首爾大學的ChanghyunPang研究小組利用硅作為模板制備出具有微納指狀結構陣列，然后在PDMS薄膜上濺射Pt薄膜電極組裝成對電極結構的壓力傳感器，結構如圖1(ChanghyunPang，NatureMaterials，2012，7)。該傳感器利用覆有Pt電極的指狀導電結構受到應力作用接觸面積發生變化從而將應力轉化為電阻變化實現壓力傳感。這個壓力傳感器可以檢測最小為5Pa的壓強，在8000次重復測試中器件性能穩定。同樣中國蘇州納米所的張珽研究小組利用同樣的對電極式結構，將Pt薄膜替換成CNT(碳納米管)薄膜作為導電層，制備出柔性壓力傳感器(XuewenWang，AdvancedMaterials，2014，9)。該傳感器可檢測最小為0.6Pa的壓強，同時在67500次疲勞測試后性能依舊穩定。但由于PDMS的楊氏模量很低(1～10MPa)而且表面能低(21.6mN/m)，所以PDMS薄膜容易塌陷并且容易相互粘連。因此以PDMS為襯底的對電極結構的壓力傳感器具有性能不穩定和在高壓力下容易損壞的缺點。其他研究者也發現相同的問題并在相應研究文獻中提到。例如中國蘇州納米所的張珽研究小組在實驗中，發現只有在PDMS薄膜上放置一片薄玻璃才能提高器件的穩定度。同樣ShuGong在NatureCommunication發表的文章中指出，PDMS薄膜的粘連性會導致壓阻傳感器在施加壓強為600Pa，施加頻率為1HZ測試條件下，產生響應遲滯。

發明內容

本專利提供一種制備PMMA薄膜的物理制備方法，并提供一種能提高PDMS對電極式壓力傳感器穩定性的結構。該制備方法主要針對PMMA薄膜旋涂制備，并運用在對電極式壓力傳感器制備上。

本發明的技術方案是一種PMMA膜電阻式柔性壓力傳感器及PMMA膜的制備方法,對電極式壓力傳感器的結構設計主要采用PMMA薄膜替代PDMS壓力傳感器上電極襯底；利用PMMA薄膜高楊氏模量帶來的不易塌陷和不易發生塑形形變的優點提高器件的穩定性和性能。

因而本發明一種PMMA膜電制備方法，該方法包括：

步驟1：PMMA的清洗方法；

將PMMA顆粒使用洗潔精和去離子水清洗后氮氣吹干；再將吹干的PMMA顆粒使用無水乙醇浸泡后，使用超聲機超聲清洗，然后使用N₂氣吹干待用；將上述PMMA顆粒再用去離子水浸泡，使用超聲清洗機超聲清洗，清洗完后使用N₂氣吹干待用；

步驟2：對旋涂需要的基板做預處理；

步驟3：將適量干燥的PMMA顆粒放入CHCl₃、CCl₄或TFH溶劑中，攪拌至PMMA顆粒完全溶解于溶劑中；

步驟4：將基板放置在旋涂機上，將旋涂機轉速設定在300rpm～400rpm；將足量的PMMA的溶液滴在基板上，至PMMA溶液均勻平鋪于基板上；旋涂成功后，將覆有PMMA薄膜的基板放置在高溫烘箱中，將烘箱溫度設置在50℃～80℃通風熱烘至薄膜凝固成型，最后剝離薄膜。

進一步的，所述步驟2中采用的基板為玻璃基板，玻璃基板的預處理方法為：

將玻璃基板先使用洗潔精清洗去除表面污漬，再用清水清洗后使用N₂氣吹干；再將玻璃基板浸泡在丙酮溶劑中超聲清洗，洗凈取出后用清水沖洗，N₂氣吹干；再使用無水乙醇超聲清洗，洗凈取出后清水沖洗，N₂氣吹干備用。

進一步的，所述步驟2中采用的基板為鋁板基板，鋁板基板的預處理方法為：

Al板先使用去離子水超聲清洗，再使用丙酮超聲清洗，再使用去離子水超聲清洗；