[發明專利]一種制備全紙基全有機可折疊的聚吡咯壓力傳感器的方法

在審

• 申請號: 201910736682.5
• 申請日: 2019-08-10
• 公開（公告）號: CN111141426A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 湯慶鑫;童艷紅;劉益春;趙曉麗;趙鵬飛;張睿敏
• 申請（專利權）人: 東北師范大學
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;C08G73/06;A61B5/11;A61B5/08
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王薇

本發明涉及一種制備全紙基全有機可折疊的聚吡咯壓力傳感器的方法，其特征在于具體步驟如下：（1）制備聚吡咯打印紙電極；（2）制備聚吡咯衛生紙敏感層；（3）利用疊層的方法制備聚吡咯紙基壓力傳感器；（4）利用手工裁剪或者折疊的方法制備二維孔洞或者三維立體壓力傳感器。其利用聚吡咯作為電極和敏感層，具有制備方法簡易，低成本，綠色環保等優勢，且能夠進行折疊和裁剪形成，是一種二維孔洞或者三維立體的壓力傳感器。

技術領域

本發明涉及一種全紙基全有機的導電聚合物壓力傳感器，特別涉及一種制備全紙基全有機可折疊的聚吡咯壓力傳感器的方法，屬于有機電子領域。

背景技術

基于電容，壓阻，以及壓電式的紙基壓力傳感器因其質量輕，低成本，高柔韌性，以及易于回收等優勢已經被人們的廣泛的關注和研究。在這其中，壓阻式壓力傳感器因其結構簡單，易于制備以及高靈敏度，且具有紙張輕便以及透氣的特點，展示出了在人體運動以及生理信號監測方面的巨大優勢。這類傳感器典型的是利用金，鈦金，以及銀作為電極(Nat.Commun.2014,5,3132；ACS Appl.Mater. Interfaces 2017,9,37921-37928)。然而，昂貴的金屬電極會削弱紙基壓力傳感器的部分優勢，如低成本，生物相容以及生物降解。同時，高溫蒸鍍金屬電極是不利于柔性綠色電子設備的。所有的這一系列的問題限制了紙基壓力傳感器的獨特優勢，制作綠色可降解低成本的紙基壓力傳感器仍然是一個挑戰性問題。

紙基壓力傳感器的另一個挑戰性問題是其可裁剪和可折疊性，這對于柔性器件的形狀設計是非常重要的。通常來說，紙可以裁剪成為各種各樣的形狀，或者折疊成一些復雜的三維的結構。如果紙基壓力傳感器能夠像紙一樣被裁剪或者折疊成三維自支撐結構，那實際的器件將會與實際的物體(尤其是具有復雜圖案或者孔洞的物體)更好的結合。盡管一些文獻強調過剪紙與折紙對于紙基壓力傳感器的優勢，而目前并沒有文獻報道過用剪紙的方法制備復雜的二維圖案或者三維結構的紙基壓力傳感器，這主要由于器件裝配方式的原因，比如折疊和裁剪的過程會被插枝電極的結構所限制；現有的壓力傳感器雖然有較好的性能，但其制備是通過光刻或者化學刻蝕的方法，這無疑是耗時耗費的。現有的紙基傳感器雖然能夠一定程度上解決這一問題，但其電極多采用金屬電極，這限制了紙本身優勢。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備全紙基全有機的可折疊的聚吡咯壓力傳感器的方法，其利用聚吡咯作為電極和敏感層，具有制備方法簡易，低成本，綠色環保等優勢，且能夠進行折疊和裁剪形成，是一種二維孔洞或者三維立體的壓力傳感器。

本發明提供的技術方案是這樣實現的：一種制備全紙基全有機可折疊的聚吡咯壓力傳感器的方法，其特征在于具體步驟如下：

(1)制備聚吡咯打印紙電極；

(2)制備聚吡咯衛生紙敏感層；

(3)利用疊層的方法制備聚吡咯紙基壓力傳感器；

(4)利用手工裁剪或者折疊的方法制備二維孔洞或者三維立體壓力傳感器。

上述方法的步驟(1)中，選用商用打印紙為電極襯底，可采用化學氧化法制備高導電性聚吡咯電極紙，所述合成條件如下：

將打印紙裁剪為10cm×10cm，將1.8mL聚吡咯的單體置于 20mL二次去離子水中，之后機械攪拌使其均勻備用，攪拌的時間為 3h；將1200mg氯化鐵置于40mL二次去離子水中，機械攪拌均勻備用，攪拌時間為3h；將上述兩種溶液混合，并將裁剪好的打印紙浸入反應的混合溶液中，反應時間可為2-5h，具體可為3h；反應后將作為電極襯底的打印紙取出清洗干凈并烘干備用；

上述方法的步驟(2)中，選用商用衛生紙為敏感層襯底，可利用化學氧化法合成低導電性的聚吡咯衛生紙，具體合成條件如下：