[發(fā)明專利]一種激光轉移打印氧化石墨烯濕度傳感器的制備方法

有效

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• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110530931B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設計）人: 王興盛;章劍;徐斌
• 申請（專利權）人: 南京農(nóng)業(yè)大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;B29C41/24;C03C17/10;C03C17/22
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本發(fā)明涉及傳感器制造領域，具體提供了一種激光轉移打印氧化石墨烯濕度傳感器的制備方法。本發(fā)明方法為：采用激光轉移打印金屬墨水或金屬漿料在硬質或柔性基底上制備金屬叉指電極，然后采用同一激光掃描進行金屬叉指電極燒結固化；進一步繼續(xù)采用激光轉移打印氧化石墨烯墨水在金屬叉指電極的叉指區(qū)域制備氧化石墨烯濕敏薄膜，最后采用激光掃描實現(xiàn)氧化石墨烯溶劑蒸發(fā)。本發(fā)明提供的制備方法靈活可控，加工精度高，能夠在硬質或柔性基底上制備濕度傳感器，激光轉移打印過程可通過電腦程序一步實現(xiàn)，加工效率高，便于規(guī)模化生產(chǎn)，有利于濕度傳感器性能的提高和商業(yè)化應用。

技術領域

本發(fā)明屬于傳感器制造領域，具體涉及一種激光轉移打印氧化石墨烯濕度傳感器的制備方法。

背景技術

濕度傳感器在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及人體健康監(jiān)測等領域發(fā)揮著重要作用。常見的基于叉指電極的濕度傳感器主要包括叉指電極和濕敏材料，通過濕敏材料將濕度變化轉化為其他可測試信號，具有體積小、檢測限度低、靈敏度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。氧化石墨烯具有非常大的比表面積和豐富的含氧官能團，易于吸附水分子，非常適合作為濕度傳感器的濕敏材料。

叉指電極結構常采用光刻印刷、絲網(wǎng)印刷、噴墨打印等方法制備。光刻印刷法需要掩膜板，不靈活，且加工工藝復雜；絲網(wǎng)印刷同樣需要掩膜板，叉指電極尺寸相對較大，印刷后需要較長時間的加熱固化；噴墨打印容易造成噴嘴堵塞，對墨水材料要求較高，打印后需要長時間加熱固化。氧化石墨烯濕敏薄膜制備方法包括噴涂、旋涂、滴涂和噴墨打印等。噴涂、旋涂和滴涂難以精確控制薄膜厚度及制備區(qū)域，影響傳感器的性能；噴墨打印對氧化石墨烯尺寸有較高要求，容易造成噴嘴堵塞；制備的氧化石墨烯薄膜需要進行長時間后處理蒸發(fā)溶劑。目前，濕度傳感器的叉指電極和氧化石墨烯薄膜的制備一般需要分開進行，同時后期分別需要較長時間的熱處理，增加了工藝的復雜性。

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種激光轉移打印氧化石墨烯濕度傳感器的制備方法，該方法具有工藝簡單、靈活性好、加工精度高和加工效率高等優(yōu)勢，有利于濕度傳感器性能的提高和商業(yè)化應用。

技術方案：本發(fā)明是一種激光轉移打印氧化石墨烯濕度傳感器的制備方法，所述的濕度傳感器包括基底、金屬叉指電極和氧化石墨烯濕敏薄膜，金屬叉指電極位于基底上，氧化石墨烯濕敏薄膜位于金屬叉指電極的叉指區(qū)域。

其制備方法的具體步驟如下：

(1)將商用氧化石墨烯粉末溶于去離子水、乙醇和乙二醇混合溶液中，超聲震蕩處理30-60min，配置成濃度為2-10mg/ml的氧化石墨烯墨水；

(2)將步驟(1)制得的氧化石墨烯墨水通過旋涂或刮涂的方式在透明載玻片上制備一層厚度為10-30μm的氧化石墨烯薄膜；

(3)將商用金屬墨水或金屬漿料通過旋涂或刮涂的方式在透明載玻片上制備一層厚度為10-30μm的金屬薄膜；

(4)將基底安裝在激光加工裝置平臺上，同時將步驟(2)和(3)制得的透明載玻片安裝在基底上方，氧化石墨烯薄膜和金屬薄膜面朝基底，調整基底和透明載玻片距離50-300μm；

(5)通過電腦程序控制激光掃描透明載玻片上的金屬薄膜，調整激光加工參數(shù)如下：激光脈沖能量1-50μJ，光斑直徑5-30μm，重復頻率500-2000Hz，掃描速度5-30mm/s，激光照射部位吸收能量形成氣泡推動未氣化的金屬沖向基底，實現(xiàn)基底上金屬叉指電極的轉移打印；

(6)控制激光直接掃描步驟(5)轉移打印的金屬叉指電極，調整激光加工參數(shù)如下：激光脈沖能量1-10μJ，光斑直徑5-30μm，重復頻率1-2MHz，掃描速度5-30mm/s，實現(xiàn)金屬叉指電極燒結固化；