[發明專利]碳納米管/聚苯胺復合薄膜柔性力敏傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710205510.6
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106840483B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發明（設計）人: 王如志;張曼晨;丁昌;嚴輝;張銘;王波;汪浩;宋雪梅
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發明公開了碳納米管/聚苯胺復合薄膜柔性力敏傳感器及其制備方法。其包括：碳納米管/聚苯胺復合薄膜上、下表面的聚二甲基硅氧烷(PDMS)絕緣保護層和金屬叉指電極柔性基底；絕緣保護層附著于碳納米管/聚苯胺復合薄膜上表面；叉指電極柔性基底位于碳納米管/聚苯胺復合薄膜以下；叉指電極柔性基底和碳納米管/聚苯胺復合薄膜組成了柔性力敏傳感器力敏單元。該柔性力敏傳感器中碳納米管/聚苯胺復合薄膜具有柔韌性好、重復性好、性能穩定與使用壽命長等特點。

技術領域

本發明屬于納米技術和傳感技術領域，特別涉及一種碳納米管/聚苯胺復合薄膜柔性力敏傳感器及制備方法。

背景技術

柔性傳感器因為具有優良的彎曲性，以及不受限與被測物體的外觀形狀，而被廣泛應用。柔性力敏傳感器主要應用于剪切力和擠壓力的測量。在導電材料中，聚苯胺由于原料便宜、合成簡單、環境溫度性好、耐高溫以及良好的導電率和物理化學性能等優點，已經受到科研工作者的廣泛研究和應用。碳納米管因其優越的力學、電學和化學性能，也已經展開全球化研究。研究和開發碳納米管和聚苯胺的復合材料在力敏傳感器上的應用，設計一種聚苯胺和碳納米管的復合材料其電阻會隨著受力程度的變化而發生明顯變化的傳感器，具有很好的科研意義和應用前景?，F有的柔性力敏傳感器利用碳納米管/非導電聚合物(二甲基硅氧烷或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)作為力敏材料(申請號201010260505.3)，這樣的復合材料是主要以碳納米管導電作為信號傳輸，不可避免會出現傳導延時、穩定性差等問題，這些缺點限制了非導電聚合物力敏導電材料在高性能柔性力敏傳感器上的應用。

發明內容

針對上述問題，本發明是為了避免碳納米管/非導電聚合物(二甲基硅氧烷或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)力敏傳感器所存在的不足，提供一種基于碳納米管/聚苯胺復合薄膜柔性力敏傳感器及制法，具有柔韌性好、重復性好、性能穩定與使用壽命長等特點。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

本發明提供碳納米管/聚苯胺復合薄膜柔性力敏傳感器，其包括：

(1)碳納米管/聚苯胺復合薄膜；

(2)碳納米管/聚苯胺復合薄膜上表面的聚二甲基硅氧烷(PDMS)絕緣保護層；

(3)碳納米管/聚苯胺復合薄膜下表面Ti-Au叉指電極柔性基底。

所述Ti-Au叉指電極是直接鍍在柔性基底上的，該部分與碳納米管/聚苯胺復合薄膜構成柔性力敏傳感器的力敏單元；其特征在于：

所述碳納米管/聚苯胺復合薄膜為聚苯胺均勻包覆在碳納米管上，形成的復合材料制成的薄膜；

所述柔性基底材料為聚酰亞胺(PI)。

所述的碳納米管/聚苯胺復合薄膜柔性力敏傳感器，其特征在于，所述的碳納米管為羧基化單壁碳納米管或羧基化多壁碳納米管。

本發明提供的碳納米管/聚苯胺復合薄膜柔性力敏傳感器制備方法，其步驟如下：

1)采用金屬叉指電極柔性基底制作工藝，制作碳納米管/聚苯胺復合薄膜下表面金屬叉指電極柔性基底，所述厚度為75～150μm柔性聚酰亞胺(PI)基底用氧等離子體處理，具體參數：真空度0.1Pa，通入氧氣，氧氣流量10～20sccm，使工作壓力達到20～120Pa，射頻功率60～100W，室溫下處理5min；

2)設計如圖2叉指電極，利用光刻技術在聚酰亞胺(PI)基底鍍上間隔100μm金屬叉指電極。具體參數如下，紫外曝光參數：AZ5214膠110℃前烘3min，曝光1s，120℃后烘2min，曝光20s，顯影1min；電子束蒸鍍參數：真空度5×10^-6mbar，Ti、Au厚度分別為10nm、100nm；