[發明專利]一種柔性壓力傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201610189094.0
• 申請日: 2016-03-29
• 公開（公告）號: CN105758562B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 魏雄邦;肖倫;全勇;陳志;龐韓英;蔣昆
• 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: 吳姍霖

1.一種柔性壓力傳感器，自下而上依次為第一微納結構PDMS薄膜、第一CNT薄膜、毫米結構PDMS層、第二CNT薄膜和第二微納結構PDMS薄膜；所述毫米結構PDMS層包括兩個長條形PDMS薄膜，位于第一CNT薄膜的兩端，厚度為1～2mm，所述第一微納結構PDMS薄膜和第二微納結構PDMS薄膜表面為椎體結構；

所述第一微納結構PDMS薄膜和第二微納結構PDMS薄膜的制備過程具體為：a)將硅片依次在丙酮、乙醇中超聲清洗15～30min，然后采用去離子水沖洗，氮氣吹干；b)將上步清洗吹干后的硅片放置于三維移動平臺的真空腔內，真空腔內通入SF₄氣體后，在能量密度為0.42J/cm²、脈沖數為612.5、能量為0.1mJ的飛秒激光下以1mm/s的速度進行掃描燒蝕，得到黑硅，其SEM圖如圖2所示；c)上步得到的黑硅依次在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲清洗15～30min，氮氣吹干后，浸泡于TMCS溶液中，在60～70℃下水浴加熱5～10min，取出待用；d)將聚二甲基硅氧烷主劑和硬化劑按照質量比為10：1的比例混合均勻，在0.1Torr的真空環境下放置20～30min以除去氣泡，得到聚二甲基硅氧烷旋涂液，然后在上步處理后得到的黑硅上旋涂聚二甲基硅氧烷旋涂液，轉速為400～500rpm，旋涂完后先置于0.1Torr的真空環境下除氣20～40min，再于60～70℃溫度下干燥1～3h，剝離，即可得到微納結構的PDMS薄膜。

2.根據權利要求1所述的柔性壓力傳感器，其特征在于，所述毫米結構PDMS層包括兩個長條形PDMS薄膜，位于CNT薄膜的兩端，兩個長條形PDMS薄膜之間的距離為20～26mm。

3.根據權利要求1所述的柔性壓力傳感器，其特征在于，所述第一微納結構PDMS薄膜和第二微納結構PDMS薄膜的厚度為0.5～2mm，表面為陣列排列的厚度為2～10μm的椎體；所述第一CNT薄膜和第二CNT薄膜的厚度為100～300nm。

4.一種柔性壓力傳感器的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟1：制備第一微納結構PDMS薄膜和第一CNT薄膜；

a)將硅片依次在丙酮、乙醇中超聲清洗15～30min，然后采用去離子水沖洗，氮氣吹干；b)將上步清洗吹干后的硅片放置于三維移動平臺的真空腔內，真空腔內通入SF₄氣體后，在能量密度為0.42J/cm²、脈沖數為612.5、能量為0.1mJ 的飛秒激光下以1mm/s的速度進行掃描燒蝕，得到黑硅，其SEM圖如圖2所示；c)上步得到的黑硅依次在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲清洗15～30min，氮氣吹干后，浸泡于TMCS溶液中，在60～70℃下水浴加熱5～10min，取出待用；d)將聚二甲基硅氧烷主劑和硬化劑按照質量比為10：1的比例混合均勻，在0.1Torr的真空環境下放置20～30min以除去氣泡，得到聚二甲基硅氧烷旋涂液，然后在上步處理后得到的黑硅上旋涂聚二甲基硅氧烷旋涂液，轉速為400～500rpm，旋涂完后先置于0.1Torr的真空環境下除氣20～40min，再于60～70℃溫度下干燥1～3h，剝離，即可得到微納結構的PDMS薄膜；

步驟2：將兩個長條形PDMS薄膜層疊于第一CNT薄膜兩端，得到毫米結構PDMS層；

步驟3：制備第二微納結構PDMS薄膜和第二CNT薄膜，并采用第二CNT薄膜面向第一CNT薄膜的方式將第二微納結構PDMS薄膜和第二CNT薄膜層疊于步驟2得到的毫米結構PDMS層上；從而得到本發明所述柔性壓力傳感器。

5.根據權利要求4所述的柔性壓力傳感器的制備方法，其特征在于，步 驟1所述第一微納結構PDMS薄膜和步驟3所述第二微納結構PDMS薄膜的厚度為0.5～2mm，表面為陣列排列的厚度為2～10μm的椎體。

6.根據權利要求4所述的柔性壓力傳感器的制備方法，其特征在于，在微納結構PDMS薄膜上制備CNT薄膜的具體過程為：在第一微納結構PDMS薄膜和第二微納結構PDMS薄膜上分別轉移厚度為100～300nm的CNT薄膜，然后在90～110℃下退火處理10～30min，得到第一CNT薄膜和第二CNT薄膜。

7.根據權利要求4所述的柔性壓力傳感器的制備方法，其特征在于，步驟2所述長條形PDMS薄膜的制備過程具體為：將聚二甲基硅氧烷主劑和硬化劑按質量比10:1的比例混合，在0.1Torr的真空環境下放置10～30min以除去氣泡，得到聚二甲基硅氧烷旋涂液；然后在硅烷化處理后的玻璃基片上旋涂上述聚二甲基硅氧烷旋涂液；最后將旋涂后的帶聚二甲基硅氧烷的玻璃基片在60～80℃溫度下干燥1～3h進行固化成型，將固化成型后的聚二甲基硅氧烷薄膜剝離下，即可得到厚度為1～2mm的長條形PDMS薄膜。