[發(fā)明專利]一種柔性可穿戴非晶碳基應(yīng)力傳感器及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711116770.2
• 申請(qǐng)日: 2017-11-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107957303A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜昱丞;王彬;劉國(guó)珍;趙潤(rùn);高炬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01L1/18
• 分類(lèi)號(hào): G01L1/18
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)力傳感器，特別涉及一種柔性可穿戴非晶碳基應(yīng)力傳感器及其制備方法，屬于柔性材料制備及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及人們對(duì)生活要求水平的不斷提高，柔性可穿戴電子設(shè)備吸引了越來(lái)越多人的關(guān)注。柔性可穿戴電子設(shè)備比傳統(tǒng)的電子設(shè)備更大的靈活性，可滿足人們對(duì)設(shè)備的各種形變要求。目前，對(duì)柔性可穿戴應(yīng)力敏感設(shè)備的應(yīng)用體現(xiàn)在人類(lèi)生活的很多方面，如可彎曲觸摸顯示屏、電子皮膚、可穿戴電腦、柔性機(jī)器人、柔性壓力監(jiān)測(cè)鞋墊計(jì)步器等，其工作原理主要包括:壓電式、電容式以及壓阻式。由于壓阻式柔性設(shè)備測(cè)量方式簡(jiǎn)單，方便使用，具有商業(yè)化的潛力。但是，壓阻式的敏感設(shè)備存在著靈敏度低，且由于大部分柔性材料性質(zhì)不穩(wěn)定，制成柔性電子設(shè)備后結(jié)構(gòu)復(fù)雜，抗疲勞性能較差等方面的不足，在一定程度上制約了柔性可穿戴設(shè)備的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有壓阻式柔性應(yīng)力敏感電子設(shè)備存在的不足，提供一種靈敏度高、柔韌性好、抗疲勞性強(qiáng)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、成本低廉，使用輕便、安全可靠的柔性可穿戴非晶碳基應(yīng)力傳感器及其制備方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是提供一種柔性可穿戴非晶碳基應(yīng)力傳感器的制備方法，包括如下步驟：

1．以硅片為襯底，在襯底上生長(zhǎng)氧化層為犧牲層；采用化學(xué)或物理的方法，在氧化層表面生長(zhǎng)非晶碳a-C薄膜；

2．將柔性襯底粘貼于a-C薄膜表面，再采用酸腐蝕方法將犧牲層腐蝕后，得到一種a-C薄膜/柔性襯底結(jié)構(gòu)的柔性電子材料；

3．采用蒸發(fā)鍍銀方法在a-C薄膜兩端制備銀電極，再將電極用導(dǎo)電膠帶粘貼引出，得到一種柔性可穿戴非晶碳基應(yīng)力傳感器。

本發(fā)明技術(shù)方案還包括一種柔性可穿戴非晶碳基應(yīng)力傳感器，其結(jié)構(gòu)為：在柔性襯底上以非晶碳a-C薄膜為壓阻材料, a-C薄膜的兩端設(shè)置銀電極，并由導(dǎo)電膠引出。

本發(fā)明技術(shù)方案中，所述的柔性襯底的材料為聚乙烯或膠帶中的一種。所述的犧牲層為SiO₂或MgO中的一種。

本發(fā)明技術(shù)方案的一個(gè)具體的優(yōu)化措施是：在襯底硅片表面自然生長(zhǎng)氧化層SiO₂為犧牲層，采用磁控濺射或脈沖激光沉積方法，將非晶碳a-C薄膜生長(zhǎng)于氧化層表面；以聚乙烯PE膜為柔性襯底，將聚乙烯膜加熱至190～210℃，粘貼于非晶碳a- C薄膜表面，得到Si/SiO₂/a-C/PE結(jié)構(gòu)的樣品；將樣品置于質(zhì)量濃度為5%的氟化氫溶液中，腐蝕處理2～5分鐘，得到一種a-C/PE柔性電子材料。

本發(fā)明技術(shù)方案的另一個(gè)具體的優(yōu)化措施是：在襯底硅片表面生長(zhǎng)氧化層MgO為犧牲層，采用磁控濺射或脈沖激光沉積方法，將非晶碳a-C薄膜生長(zhǎng)于氧化層表面；以聚乙烯PE膜為柔性襯底，將聚乙烯膜加熱至190～210℃，粘貼于a-C薄膜表面，得到Si/MgO/a-C/PE結(jié)構(gòu)的樣品；將樣品置于質(zhì)量濃度為36%的醋酸溶液中，腐蝕處理120～150分鐘，得到一種a-C/PE柔性電子材料。

與現(xiàn)有的可穿戴應(yīng)力傳感器相比，本發(fā)明提供的有益效果在于：

1. 本發(fā)明提供的壓阻材料為非晶碳a-C薄膜/柔性襯底結(jié)構(gòu),采用先在高溫等苛刻條件下生長(zhǎng)所需要的功能性薄膜，再利用腐蝕剝離法制備柔性功能材料的方法，克服了一般柔性材料高溫變性不能直接作為基底的缺陷，具有優(yōu)異的柔韌特性和應(yīng)力敏感特性。

2.本發(fā)明采用的柔性功能材料是一種具有良好彎曲性能的壓阻式傳感器件，具有敏感、快速的應(yīng)力響應(yīng)特點(diǎn)，因此，提供的應(yīng)力傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)試方便，敏感度高，抗疲勞特性好等優(yōu)點(diǎn)。

3.本發(fā)明提供的柔性可穿戴非晶碳基應(yīng)力傳感器，以a-C薄膜為功能電子薄膜層，具有耐摩擦、化學(xué)惰性等與金剛石相似的優(yōu)異性能，還具有優(yōu)異的電學(xué)特性，因此，制備的產(chǎn)品價(jià)格低廉，性價(jià)比高。

4.本發(fā)明提供的柔性可穿戴非晶碳基應(yīng)力傳感器，以熱塑性樹(shù)脂為柔性襯底，具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，能耐大多數(shù)酸堿的腐蝕，電絕緣性能好，由于其優(yōu)異的耐環(huán)境老化性能和柔韌特性，適用于可穿戴設(shè)備的襯底層。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的柔性可穿戴非晶碳基應(yīng)力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2 為本發(fā)明實(shí)施例提供的柔性可穿戴非晶碳基應(yīng)力傳感器使用狀態(tài)圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的柔性可穿戴非晶碳基應(yīng)力傳感器在不同彎折角度下應(yīng)力敏感測(cè)試曲線圖；