[發明專利]柔性可拉伸金屬納米線基電阻式傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210914144.2
• 申請日: 2022-08-01
• 公開（公告）號: CN115406344A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 郭興忠;張旭陽;單加琪;劉翠蘭;李爭亮;楊輝
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;B22F1/054;B82Y40/00;G03F7/16;G03F7/20
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

本發明公開了一種柔性可拉伸金屬納米線基電阻式傳感器，包括從下至上依次設置的柔性可拉伸襯底、導電層和封裝層。其制備方法為包括以下步驟：柔性可拉伸襯底的制備；激光直寫墨水制備；制備得到位于柔性可拉伸襯底之上的導電層前體；導電層前體進行激光直寫處理從而形成導電層圖案，然后使用去離子水和乙醇進行沖洗，干燥后設置與導電層圖案相導通的金屬電極；封裝。本發明能解決常見傳感器靈敏度低、響應速度慢等問題。

技術領域

本發明屬于柔性可拉伸傳感器技術領域，特別涉及一種柔性可拉伸金屬納米線基電阻式傳感器及其制備方法。

背景技術

近年來，可穿戴電子的發展給人們日常生活帶來了極大的改變，可穿戴電子依靠其本身出色的柔性特征，可以被附著在不同的可穿戴物品中，同時此類電子設備可以使人體的生理信號被感知、監測，從而實現人體行為監測，健康狀態監控以及醫療評估等重要作用。外界變化帶動柔性可拉伸電阻式傳感器通過形變，其電阻發生變化，通過監測系統收集分析，把這種信號的變化趨勢，形狀與被監測部位的行為變化聯系起來，實現由生理信號轉變為電子信號，進而傳遞出有效信息。

從目前的關于柔性傳感器的研究來看，傳感器的靈敏度是最大的研究熱點，在同樣的形變下，電阻傳感器電阻變化倍數越大，傳遞的電信號也越明顯，靈敏程度越高。另外一個在實際運用中很重要的因素便是響應速度，它反映著信號轉變的即時性，越短的反應時間，越體現出傳感器的優良性能。所以在實際應用和科學研究中，對這兩個性能的追求也一直在不斷進行。

CN 113483651 A通過引入三層結構，在薄膜層兩端分別設計了負泊松比結構層和導電薄膜層，實現在傳感器受到拉伸時使手性單元和嵌入單元的中心部分對應的導電薄膜層存在拉脹變形時間差，使整個器件在大拉伸范圍內仍保持負泊松比效應，在大拉伸范圍內保持高靈敏度，但其結構設計復雜，對制備技術要求較高。

ACS Appl.Mater.Interfaces 2022,14,15504-15516通過真空過濾在多孔的熱塑性聚氨酯上制備了MXene和碳納米管復合結構，獲得的傳感器具有330％的感應范圍和最大2911的靈敏度因子，但是其初始靈敏度相對較低，反應時間80ms并不突出，而且其原料成本較高，并不適合大規模應用。

ACS Appl.Mater.Interfaces 2022,13,18021-18032利用銀納米顆粒在化學試劑作用下室溫燒結，獲得拉伸性良好(800％)的傳感器，但其靈敏度較低。

因此，需要對現有技術進行改進。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種柔性可拉伸金屬納米線基電阻式傳感器，解決常見傳感器靈敏度低、響應速度慢等問題。

為解決上述技術問題，本發明提供柔性可拉伸金屬納米線基電阻式傳感器，包括從下至上依次設置的柔性可拉伸襯底、導電層和封裝層。

本發明還同時提供了上述柔性可拉伸金屬納米線基電阻式傳感器的制備方法，包括以下步驟：

1)、柔性可拉伸襯底的制備：

將作為模板的柔性基底在丙酮、去離子水、乙醇中依次超聲清洗(各清洗20～30min)，然后干燥(在烘箱中干燥)，獲得干燥后柔性基底；

將柔性可拉伸襯底前驅體均勻涂布在干燥后柔性基底的單面上從而形成厚度為100～800μm的襯底前驅體濕膜；于50～70℃加熱固化3～7小時，然后置于氧氣等離子體清洗機中清洗5～10min，得到帶有親水表面的柔性可拉伸襯底；

說明：襯底前驅體濕膜經加熱固化以及氧氣等離子體清洗機中清洗后，成親水表面；

2)、激光直寫墨水制備：