CN110455443A 一种采用银纳米线柔性电极制备的柔性电容传感器及其制备方法 （北京航空航天大学）

一种采用银纳米线柔性电极制备的柔性电本发明涉及一种采用银纳米线柔性电极制结构采用在硅片上均匀涂抹柔性聚合物预聚体2薄膜介电层结构采用在硅片上玻璃棒均匀涂抹柔性聚合物预聚体形成薄层固化制备得到；所述柔性聚合物预聚体溶液是将液态柔性聚合物和固化剂按照一定质量比例混合均匀制所述柔性聚合物预聚体为聚二甲基硅氧烷PDMS预聚体，柔性聚合物预聚体为PDMS预聚体；聚二甲基硅氧烷PDMS(SYLGARD184A)预聚物和固化剂(SYLGARD184B)的质量比例为10：5.根据权利要求1所述的采用银纳米线柔性电溶液的溶剂为无水乙醇，加热温度为50℃-70℃,这个温度下形成导电网络比较快且稳定；2mm，静置40分钟至1小时或者真空处理10-20分钟除去溶液中气泡，真空度为-80kpa至-310.根据权利要求1所述的采用银纳米线柔性电极制备的柔性电容传感器，其特征在4极和中间介电层构成。电极一般有传统的金属薄层单独结构以及利用磁控溅射和金属镀膜等方法在柔性薄膜上镀上金属薄层的金属层和柔性薄膜简单的复合结构，同时也有人种高灵敏度的电容型柔性压力传感器，具有多层次微结构材料，附着于多-层次微结构材5[0005]专利CN109883582A(申请日期2019年2月14日，公开日期2019年6月14日)提供了胶由80～90wt％液态橡胶和10～20wt％固化剂混炼制成；导电橡胶由40wt60wt％液进展,2018,37(7):2664-2671.)在文中对近几年国内外高精度柔性压力传感器及其碳基[0007]李玲等人(李玲,岳凤英,乔霖,等.基于多孔PDMS薄膜介电层的柔性压力传感器[J].仪表技术与传感器,2019,(4):15-19.)利用光刻法制备了尺寸为2.5cm*2.5cm的多孔介电层电容传感器，电极采用的是PET-ITO柔性电极，其实质是在PET薄膜上磁控溅射氧化铟锡，将传感器的灵敏度从0.2kPa-1提升到了0.58kPa-1。该传感器存在一定的不足之[0008]LuoYongsong等人(LuoYongsong,ShaoJinyou,ChenShouren,ChenXiaoliang,TianHongmiaoBingheng.FlexibleCapacitivePressureSensorEnhancedbyTiltedMicropillarArrays.[J].ACSappliedma并在模板内旋涂PDMS溶液固话得到具有微斜圆柱结构的介电层，从而制备了具有很高压[0009]Wangjian等人(WangJian,SuzukiRyuki,ShaoMarine,GillotFrederic,ShiratoriSeimei.CapacitivePressureSensorwithWide-range,BendableandHighSensitivityBasedonBionicKomochiKonbuStructureandCu/NiNanofiberNetwork.[J].ACSappliedmaterials&interfaces,2019.)采用静电纺丝的方法在PET薄6备纳米网纹的表面，最后将带有纳米结构导电网络的PET薄膜浸入在还有Cu/Ni金属粒子[0010]KimJoshua等人(KimJoshua,ChouEn-Fan,LeJamie,WongSabrina,ChuMichael,KhineMichelle.SoftWearablePressureSensorsforBeat-to-BeatBloodPressureMonitoring.[J].Advancedhealthcare电容传感器其电极是溅射的金属薄膜柔性电极，利用激光切割制备电极表面的微脊柱凸[0012](1)电容传感器所用的电极中的导电层多数为磁控溅射金属薄层、金属溶液涂抹蒸发溶剂或者导电材料与柔性材料混合方式制备。前两者实质为金属薄层与柔性薄膜的[0013](2)许多电容传感器通过设计电极和介电层表面微观结构来提高电容的灵敏度，[0014](3)大多数电容传感器的电容值随压强变化的线性关系不强，增大了该类传感器采用银纳米线柔性电极制备的柔性电容传感器及制备方法，通过采用先制备纳米银线导电网络，后注入柔性基底材料的方式解决了金属层与柔性材材料与柔性材料混合制备电极需要较高导电填充材料的问题，同时银纳米线导电网络具7网络转移到柔性基体中制备得到柔性电极；本发明的柔性电容传感器可分为两种单独形式：采用柔性聚合物预聚体制备的薄膜介电层结构构成的柔性电容传感器和采用柔性聚即使用玻璃棒蘸取柔性聚合物预聚体均匀涂抹在硅片上，经过除气处理(静置或者抽真[0019]①将液态柔性聚合物和固化剂按照一定质量比例混合均匀制备柔性聚合物预聚[0023]优选地，所述的柔性聚合物为PDMS(聚二甲基硅氧烷)柔性聚合物预聚体为PDMS处理(真空度为-80kpa至-100kpa)10-20分钟除去溶液中气泡，在80℃-100℃温度下固话8[0032](1)本发明提供了一种采用银纳米线柔性电极制备的柔性电容传感器，能够具有传感器的可行构建方案。电极制备采用先制备导电网络后注入柔性材料转移到柔性薄膜中的方法，解决了只在柔性薄膜表面镀金属电极层而导致柔性不佳且金属层容易被破坏的问题，并且本方法使用的导电网络质量分数仅仅占到电极总质量的1％-5使用的导电材料少，解决了导电材料与柔性材料混合需要较高质量分数的导电材料才能导电的问[0034](3)本发明的柔性电容传感器能够做到对一般范围大小的压强(0-1.2Mpa)的检[0035](4)本发明中采用银纳米线柔性电极，通过在柔性材料中加入银纳米线导电网络[0038]图3是本发明的采用银纳米线柔性电极制备的多孔介电层结构柔性电容传感器的9位于两个柔性电极之间的柔性介电层3。上层柔性电极和下层柔性电极具有相同的结构，[0049]首先根据柔性聚合物和固化剂质量比10：1的比例混合搅拌均匀得到PDMS预聚体匀的PDMS，真空处理10-20分钟后高温(80℃-100℃)固化1-2h得到PDMS薄膜，用刀切成[0053](1)根据柔性聚合物和固化剂质量比10：1的比例混合搅拌均匀得到PDMS预聚体用刀切除所需要的电极形状(1mm×1mm)的PDMS，得到相对应电极形状的凹槽作为电极制[0054](2)将带有硅片的模版放在热台上，设置热台温度50℃,并在模版内滴加银纳米[0055](3)用玻璃棒沾PDMS预聚体在硅片上均匀涂一层1mm厚度的PDMS薄膜，真空处理大压力载荷作用下，电容值增幅35灵敏度约为0.55％kPa-1,同时在测量范围内保持良[0059](1)根据柔性聚合物和固化剂质量比10：1的比例混合搅拌均匀得到PDMS预聚体[0060](2)将硅片模版放到热台上，设置热台温度60℃,后在向模版内滴加银纳米线溶[0065](1)根据柔性聚合物和固化剂质量比10：1的比例混合搅拌均匀得到PDMS预聚体[0066](2)将硅片模版放到热台上，设置热台温度70℃,后在向模版内滴加银纳米线溶[0071](1)根据柔性聚合物和固化剂质量比10：1的比例混合搅拌均匀得到PDMS预聚体[0072](2)将硅片模版放到热台上，设置热台温度65℃,后在向模版内滴加银纳米线溶80℃高温固化2h，固化结束后将固化好的材料放入盛水的烧杯中在进行超声处理40min，性度，同样也可以由平板电容关系得到实例3与实例2之间关系，二者电极面积具有2倍关介电层电容传感器具有