一种柔性阵列微电极制备方法技术

本发明专利技术为一种柔性阵列微电极制备方法，该方法采用粘性柔性基底，以高导电性材料作为电极材质，采用基于软光刻的微电极涂覆工艺，达到亚毫米及以下尺寸，具体步骤是：先制作出具有电极图案的模具；再利用打孔器在电极图案的通道两端的圆形处进行打孔；将打孔后的模具放入离子键合机中，放置时使通道朝上，抽真空并等离子化；将导电油墨和稀释剂混合后放入超声波清洗机中超声震荡混合均匀，用针头与第二步中打孔器尺寸一样的注射器将稀释过的导电油墨从孔的一头注入，直到通道充满导电油墨；再加热后将模具从粘性柔性基底上撕下，并将粘性柔性基底两头带孔的部分裁去，只留下电极部分和接线部分。在保证柔性的同时实现低成本和高分辨率。

A Fabrication Method of Flexible Array Microelectrodes

【技术实现步骤摘要】
一种柔性阵列微电极制备方法
本专利技术涉及柔性电子
，涉及一种柔性阵列微电极制备方法，该方法能够快速、经济地生产各种柔性、可穿戴的结构和器件。
技术介绍
电子传感器技术和有机材料的迅速发展，引发柔性电子器件的重大突破。可伸缩、弯曲、折叠的特性能够适应结构实时变化的传感要求，使得柔性电子器件拥有广泛的应用前景。柔性电子器件的一个关键技术是柔性阵列微电极的制备，柔性阵列微电极需要通过新材料的研发和加工工艺的改进，具备尺寸小，可弯曲折叠，分辨率高的特点，并能够提高柔性电子器件的性能指标，朝着分辨率更高、精度更准的方向发展。电极的微型化使其具有比常规电极更多的优点和广泛的应用前景。微电极具有高稳态电流密度、高传质速率、高信噪比、极小时间常数和极低欧姆电阻降优良的电化学特性，微电极包括有电极的一维尺寸为微米或纳米级两类电极。当电极的尺寸由微米级降低至纳米级不仅会显著增大电极制备的难度，而且也会使弱信号检测的问题更加突出，因此微电极的研究主要集中于微米级电极。微阵列电极是指由多个单微电极组合形成集合电极，在降低信噪比、提高测量灵敏度的基础上，不仅获得了n倍单一微电极的电流强度(n为电极数目)，而且保持着单一微电极的优良特性。当前阵列电极的制备技术主要有转印技术、微流道(MIMIC)成型技术、光刻法、光刻胶作为掩膜的反应离子刻蚀技术等。传统的阵列微电极的制备柔性差，结构和加工工艺复杂。如专利CN109319731A中公开的一种微电极阵列的制备方法，虽然该微电极阵列制备成本低、质量高，适合大面积制备，但工艺仍很复杂，制作周期长，且柔性不好，不能够折叠，不能实现柔性且高精度应用的场合要求。微流道成型技术是使用软模板PDMS与基底形成良好的界面接触，PDMS空隙则与基底(SiO2晶片、石英和PET薄膜)表面形成微孔道。当在孔道一侧滴加一定浓度和体积的GO溶液后，由于孔道内毛细作用力的存在，溶液自发驱动自管道模板一端向内部流动进入孔道，经过干燥，液体挥发，得到均匀的氧化石墨烯条带，经过化学还原后得到rGO。Chen和Zhang等(HeQ,SudibyaHG,YinZ,etal.Centimeter-longandlarge-scalemicropatternsofreducedgrapheneoxidefilms:fabricationandsensingapplications[J].ACS.Nano,2010,4(6):3201-3208.)通过这种方法制备得到石墨烯条带。但这种方法对溶液要求比较高，仅限于很稀的溶液，不适用于粘稠状的导电油墨，因此所制得的电极电阻比较大。因此提供具有柔性化、高分辨率、适用于多种导电油墨、工艺简单容易操作与低成本兼容的柔性压力传感器，成为现有技术中亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种柔性阵列微电极制备方法。该阵列微电极利用软光刻技术，采用柔性材料作为基底，在保证柔性的同时实现低成本和高分辨率。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一柔性阵列微电极制备方法，该方法采用粘性柔性基底，以高导电性材料作为电极材质，采用基于软光刻的微电极涂覆工艺，达到亚毫米及以下尺寸，具体步骤是：第一步、根据设计需求订做具有设计电极宽度的电极图案的掩膜，制作出具有电极图案的模具；第二步、用保鲜膜包裹含有电极图案的模具，利用切割刀将模具的边角切掉，利用胶带清理模具表面杂质颗粒，再利用打孔器在电极图案的通道两端的圆形处进行打孔；第三步、将打孔后的模具放入离子键合机中，放置时使通道朝上，即具有电极图案的一面朝上，抽真空并等离子化180s-250s，将模具有电极图案的一面轻轻与粘性柔性基底贴合，再将贴合后的模具和粘性柔性基底放到加热台上80℃加热10-20分钟；第四步、将导电油墨和稀释剂混合后放入超声波清洗机中超声震荡混合均匀，用针头与第二步中打孔器尺寸一样的注射器将稀释过的导电油墨从孔的一头注入，直到通道充满导电油墨；再放置在加热台上80℃加热5-6分钟，之后将模具从粘性柔性基底上撕下，并将粘性柔性基底两头带孔的部分裁去，只留下电极部分和接线部分。所述模具为PDMS材料模具，将第四步撕下来的PDMS材料模具用PMA试剂和酒精先后清洗，重复利用，进行下一次相同电极图案的电极制作。所述电极图案具有多个窄平行通道和相同数量的宽平行通道，窄平行通道和宽平行通道之间通过相同数量的第一渐变通道连通，宽平行通道远离窄平行通道的一端连通第二渐变通道，第一渐变通道由宽平行通道向窄平行通道方向逐渐变窄，第二渐变通道朝向宽平行通道逐渐变宽。该方法制备的阵列超微电极由粘性柔性基底和电极层组成，电极层包括电极部分和连接部分，一个电极层中设有n条带状平行电极，粘性柔性基底作为缓冲层，单个平行电极的宽度为0.02～0.2mm。所述粘性柔性基底为PI胶带(聚酰亚胺胶带)或PET胶带；稀释剂为PMA试剂或DBE试剂(二价酸酯)。PMA试剂与石墨烯/银复合导电油墨的质量比为1:1/2～2。一种上述的阵列超微电极的应用，该阵列超微电极用于柔性电容传感器的封装。与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：1.电极可达到亚毫米及更小特征尺寸。设计电极为带状，利用软光刻工艺可以得到0.05mm到2mm的电极宽度，在单位尺寸下可以获得较高的阵列单元的分布密度。且由图3的显微镜观察图和图4所示所测电阻可看出电极的导电油墨很均一。2.电极柔性好，厚度薄。利用软光刻工艺得到电极厚度小，基底选用具有粘性层的柔性高聚物，如0.05毫米厚的聚酰亚胺(PI)胶带，厚度小且柔性好。3.工艺简单容易操作，成本低。软光刻工艺与电极注入相结合，制作有电极图案的模具(PDMS芯片)，与柔性高聚物(胶带)紧密贴合后，将导电油墨注入，制备步骤简单，所制得的聚二甲基硅氧烷(PDMS)模具可多次重复利用，重复操作不会影响电极微结构的均匀性。在获得较高精度的同时成本低，避免了MEMS加工工艺(光刻、刻蚀等)高成本的缺点。所选基底聚酰亚胺(PI)胶带本身具有粘性，与介电层可直接贴合，省去了封装的步骤，选用其他柔性基材时，可通过附着粘性物质的方式在柔性高聚物表面形成能粘合电极图案模具的粘性层实现相同工艺。4.可以实现高粘度油墨的微电极制作，应用范围广。实验使用的是导电油墨是粘度为50Pa·s的石墨烯/银复合导电油墨，与稀释剂混合的比例至少为2:1到1:2的范围。5.电极设计了接线端，可直接用Z轴导通的胶带与软排线贴合。附图说明图1是本专利技术阵列微电极掩膜设计图；图2是本专利技术阵列微电极结构图；(图中：2、电极部分；1、接线部分)；图3为本专利技术实施例1制备的阵列微电极的显微镜观察图。图4为本专利技术实施例1制备的阵列微电极的电阻值。具体实施方式下面结合实施例及附图进一步解释本专利技术，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。本专利技术柔性阵列微电极制备方法，该阵列微电极由粘性柔性基底和电极层组成，电极层包括电极部分和连接部分，电极部分用于检测，连接部分用于连接外围测量电子电路，一个电极层中设有n条带状平行电极，粘性柔性基底作为缓冲层，单个平行电极的宽度为0.02～0.2mm。本申请中柔性基底可采用PI胶带(聚酰亚胺胶带)或其它粘性胶带、或者其他没有自带粘性的柔性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性阵列微电极制备方法，该方法采用粘性柔性基底，以高导电性材料作为电极材质，采用基于软光刻的微电极涂覆工艺，达到亚毫米及以下尺寸，具体步骤是：第一步、根据设计需求订做具有设计电极宽度的电极图案的掩膜，制作出具有电极图案的模具；第二步、用保鲜膜包裹含有电极图案的模具，利用切割刀将模具的边角切掉，利用胶带清理模具表面杂质颗粒，再利用打孔器在电极图案的通道两端的圆形处进行打孔；第三步、将打孔后的模具放入离子键合机中，放置时使通道朝上，即具有电极图案的一面朝上，抽真空并等离子化180s‑250s，将模具有电极图案的一面轻轻与粘性柔性基底贴合，再将贴合后的模具和粘性柔性基底放到加热台上80℃加热10‑20分钟；第四步、将导电油墨和稀释剂混合后放入超声波清洗机中超声震荡混合均匀，用针头与第二步中打孔器尺寸一样的注射器将稀释过的导电油墨从孔的一头注入，直到通道充满导电油墨；再放置在加热台上80℃加热5‑6分钟，之后将模具从粘性柔性基底上撕下，并将粘性柔性基底两头带孔的部分裁去，只留下电极部分和接线部分。

【技术特征摘要】
1.一种柔性阵列微电极制备方法，该方法采用粘性柔性基底，以高导电性材料作为电极材质，采用基于软光刻的微电极涂覆工艺，达到亚毫米及以下尺寸，具体步骤是：第一步、根据设计需求订做具有设计电极宽度的电极图案的掩膜，制作出具有电极图案的模具；第二步、用保鲜膜包裹含有电极图案的模具，利用切割刀将模具的边角切掉，利用胶带清理模具表面杂质颗粒，再利用打孔器在电极图案的通道两端的圆形处进行打孔；第三步、将打孔后的模具放入离子键合机中，放置时使通道朝上，即具有电极图案的一面朝上，抽真空并等离子化180s-250s，将模具有电极图案的一面轻轻与粘性柔性基底贴合，再将贴合后的模具和粘性柔性基底放到加热台上80℃加热10-20分钟；第四步、将导电油墨和稀释剂混合后放入超声波清洗机中超声震荡混合均匀，用针头与第二步中打孔器尺寸一样的注射器将稀释过的导电油墨从孔的一头注入，直到通道充满导电油墨；再放置在加热台上80℃加热5-6分钟，之后将模具从粘性柔性基底上撕下，并将粘性柔性基底两头带孔的部分裁去，只留下电极部分和接线部分。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模具为PDM...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘吉晓，王曼菲，郭士杰，王鹏，马冀飞，侯福宁，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12