[發明專利]一種石墨烯/碳納米管（CNTs）柔性壓力傳感器及制作方法

有效

• 申請號: 202110079721.6
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112857634B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 羅春麗;蘇興杰;閆衛國
• 申請（專利權）人: 天津城建大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種石墨烯/CNTs柔性壓力傳感器及制作方法，具體涉及柔性電子皮膚領域。所述柔性壓力傳感器的制備方法如下：首先，用預聚物與固化劑混合制得PDMS。然后，制備PS微球陣列。接著，將PS微球陣列轉移至PDMS表面。下一步，均勻涂覆上石墨烯/CNTs混合導電溶液。再下一步，在一端放上銅線涂上銅膏。最后，將用上述步驟制作的兩個電極帶導電涂層的那一面，面對面貼合在一起，并用絕緣膠帶固定。本發明提供的制備方法操作簡便，成本低廉，且傳感器的形狀、大小可調，還可以通過調節PS微球陣列的尺寸、導電涂層的層數來改變傳感器的靈敏度。

技術領域

本發明屬于柔性電子皮膚領域，具體涉及一種石墨烯/CNTs柔性壓力傳感器及制作方法。

背景技術

柔性壓力傳感器是柔性電子皮膚的重要組成部分。壓力傳感器，也被稱為觸覺/應變傳感器，近年來引起了許多研究者的關注，特別是針對基于電子皮膚的柔性壓力傳感器。由于其獨特柔性、耐久性、生物相容性以及輕量級、柔性應變和壓力傳感器能夠緊密地附著在人體皮膚上的優點，使其便于實時監測各種生理信號，如心率、脈搏和呼吸節律等。碳納米管和石墨烯是具有優異力學和電學性能的納米碳材料。多壁碳納米管的拉伸強度為11～63GPa，楊氏模量為270～950GPa，電導率是286S/m；石墨烯的拉伸強度約為130GPa，楊氏模量為1TPa，是室溫下導電最好的材料。

使用微圖案化彈性體制造的壓力傳感器比硅基傳感器更具靈活性。然而，對于大多數可穿戴設備而言，它們仍然不易操作且太昂貴。因此，仍然非常需要一種既經濟又易于制造的靈活、靈敏的壓力傳感器。本發明提供了一種在PDMS柔性基底上覆蓋單層PS微球陣列，以增強傳感器的靈敏度，并涂覆有石墨烯/CNTs混合涂料作為導電介質。具有成本更低，易于操作，性能好的優點。

發明內容

本發明的主要目的在于解決現有技術中存在的問題，提供了一種石墨烯/CNTs柔性壓力傳感器及制作方法，操作簡便，成本低廉，且傳感器的形狀、大小可調，還可以通過調節PS微球陣列的尺寸、導電涂層的層數來改變傳感器的靈敏度。

本發明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現：一種石墨烯 /CNTs柔性壓力傳感器，其特征在于，包括：PDMS(1)、PS微球陣列(2)、石墨烯/多壁碳納米管混合導電涂層(3)、銅膏(4)、銅線(5)、絕緣膠帶(6)。所述PDMS(1)為預聚物與固化劑按10∶1比例均勻混合后，放置在60℃的鼓風干燥箱中制得的，所述PS微球陣列(2)是通過微球自組裝得到的，所述多壁碳納米管型號為GM-401，所述銅線(5)直徑為0.5 mm，所述絕緣膠帶(6)起到貼合、固定上下兩個電極的作用。

進一步，所述PDMS(1)可以通過改變其固化時的溫度來調節硬度。

進一步，所述PS微球陣列(2)的制備難易和對傳感器靈敏度的影響與微球直徑大小相關。

進一步，所述石墨烯/多壁碳納米管混合導電涂層(3)的導電性，在 1～3層內，隨著導電涂層的層數增加而顯著增強。

進一步，所述銅膏(4)的濃度對傳感器的整體電阻大小會有影響。

進一步，所述絕緣膠帶(6)的寬度為0.5cm。

所述的一種石墨烯/CNTs柔性壓力傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：將預聚物與固化劑按10∶1的比例混合，充分攪拌后靜置，待氣泡逸至溶液表面并破裂后，放入60℃的電熱恒溫鼓風干燥箱中約30分鐘，得到PDMS。

S2：用微槍量取約100微升體積的PS微球和酒精的混合液，滴在盛有清水的碗狀容器中，讓微球自由組合大約2分鐘，然后取少量表面活性劑例如洗潔精，浸于水面，將微球聚攏到一起，形成排列有序且緊密的PS 微球陣列。

S3：將制得的PDMS用氧等離子轟擊，使得PDMS表面親水，然后用鑷子夾住PDMS，撈取漂浮于水面的PS微球陣列，放入鼓風干燥箱中進行常溫干燥。