一种基于纳米导电材料的柔性应力传感器的制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于导电纳米材料的柔性微薄膜表面应力生物传感器的制备方法。具体以一种简单的方法将导电纳米材料于柔性基地相结合，进一步提高应力传感器的灵敏度以及伸缩性能，首先以柔性材料（如PDMS）为原料作出具有凹槽的柔性模版；接着用导电纳米材料（如碳纳米管、银纳米线）填充到上述模板的凹槽中；在填充的纳米导电材料两端引出电极；最后用柔性聚合物材料（如PDMS等）在上层固定纳米材料及电极，增强结构稳定性（此步骤可根据现实需求省略）。本发明专利技术方法工艺简单、成本低廉、可控性强，制备得到的基于导电纳米材料的柔性应力传感器的灵敏度高、稳定性强、伸缩性好，为实现微型化、低成本、批量化生产提供了可能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物传感器领域，具体是一种基于导电纳米材料的柔性微薄膜应力传感器的制备方法。
技术介绍
柔性可佩戴电子设备由于与人体交互便捷而得到越来越多的重视。灵活、可伸缩的穿戴式传感器可以容易地安装在服装或直接连接到身体上，以高伸缩和敏感的实现人体运动和温度变化检测。PDMS又称为有机硅，是一种高分子有机硅化合物。固化后的PDMS为一种硅胶，具有多种特性，比如透明、无毒、疏水性、不易燃性、易与多种材质室温接合等，并且由于其杨氏模量低而具备很好的弹性。同时PDMS具有非常好的耐温性能，其最高可承受温度为200oC。由于被它具有成本低、使用简单、具有良好的化学惰性等优点而被广泛应用于微流控、芯片封装等领域，另外由于PDMS具有高透明、强弹性等特点而被用作柔性应变传感器的基底。当微粒的大小是纳米级时，其将具有量子尺寸效应、表面效应、体积效应、宏观量子隧道效应等，在力学、热学、磁学以及电学等方面也将有着其它特殊的性质。由于导电材料在纳米尺度上表现出来的种种优势，目前已经有研究基于纳米导电材料开发灵活、可伸缩和敏感的应变传感器，以此为基础进一步研究该传感器作为康复和个人健康监测、身体结构健康监测、运动性能监控以及娱乐人体运动捕获系统（例如，对于游戏动作捕捉和动画）等等。但目前报道的应力复合柔性应力传感器的制备方法往往都较复杂，而且难以面向批量化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于纳米导电材料的柔性应力传感器的简单制备方法，在提高传感器稳定性、柔韧性、灵敏度的同时有望实现批量化生产。在该制备方法中，以一定尺寸的薄片作为模板制备带凹槽的PDMS薄膜，解决了现有基于纳米导电材料的柔性应力传感器制备过程中存在的诸多问题。本专利技术是采用以下技术方案实现的：一种基于导电纳米材料的柔性应力传感器的制备方法，包括如下步骤：1）取一个平底容器，在平底容器中心放一个薄片；2）配置PDMS溶液，取主剂与固化剂质量比为10:1置于培养皿中混合均匀，利用真空干燥箱抽真空10min，使混合液中的气泡破裂得到表面无气泡的PDMS溶液；3）取步骤2）制得的PDMS溶液加入到步骤1）中准备好的平底容器中，使PDMS溶液将薄片覆盖；4）静置流平后将盛有PDMS和薄片的平底容器放入70oC的干燥箱中加热1.5h，PDMS溶液形成PDMS薄膜；5）取出平底容器中的PDMS薄膜，去掉薄片，便得到了具有凹槽的PDMS柔性模板；6）在PDMS柔性模板凹槽的两个对边分别引出一个电极后，在凹槽中填充纳米导电材料；7）待填充纳米导电材料后的PDMS柔性模板彻底干燥后，配置PDMS溶液，方法如步骤2），在填充有纳米导电材料的PDMS薄膜的那层表面上滴一层PDMS，利用真空干燥箱抽真空10min，静置流平后将装有PDMS柔性模板的容器放入70oC的干燥箱中加热1h，得到复合薄膜柔性应力传感器。本专利技术以一定尺寸的硅片作为模板制备带凹槽的PDMS薄膜，在其中加入导电纳米材料并引出电极，上层再用PDMS层固定纳米材料和电极，制备出柔性应力传感器，制备过程如图1所示。步骤5）中是将薄膜反过来，底部朝上，将薄片取出，形成凹槽；步骤6）中是电极由凹槽的两个相对的边沿向外侧引出；步骤7）中在有凹槽的薄膜表面滴一层PDMS溶液，将纳米导电材料封住，同时将电极固定在PDMS薄膜的表面。本专利技术以一种简单的方法将导电纳米材料与柔性基地相结合，进一步提高应力传感器的灵敏度以及伸缩性能，首先以柔性材料（如PDMS等）为原料作出具有凹槽（凹槽的形状、大小、厚度可变）的柔性模版；接着用导电纳米材料（碳纳米管、银纳米线等）填充到上述模板的凹槽中；在填充的纳米导电材料两端引出电极；最后用柔性聚合物材料（如PDMS等）在上层固定纳米材料及电极，增强结构稳定性（此步骤可根据现实需求省略）。本专利技术方法工艺简单、成本低廉、可控性强，制备得到的基于导电纳米材料的柔性应力传感器的灵敏度高、稳定性强、伸缩性好，同时适用于针对不同应用场合制备各种不同形状大小的柔性应力传感器，有望实现微型化、低成本、批量化生产。附图说明图1为本专利技术方法制备柔性应力传感器的过程示意图。具体实施方式一种基于导电纳米材料的柔性应力传感器的制备方法，包括如下步骤：1）取一个平底容器，在平底容器中心放一个薄片；2）配置PDMS溶液，取主剂与固化剂质量比为10:1置于培养皿中混合均匀，利用真空干燥箱抽真空10min，使混合液中的气泡破裂得到表面无气泡的PDMS溶液；3）取步骤2）制得的PDMS溶液加入到步骤1）中准备好的平底容器中，使PDMS溶液将薄片覆盖；4）静置流平后将盛有PDMS和薄片的平底容器放入70oC的干燥箱中加热1.5h，PDMS溶液形成PDMS薄膜；5）取出平底容器中的PDMS薄膜，去掉薄片，便得到了具有凹槽的PDMS柔性模板；6）在PDMS柔性模板凹槽的两个对边分别引出一个电极后，在凹槽中填充纳米导电材料；7）待填充纳米导电材料后的PDMS柔性模板彻底干燥后，配置PDMS溶液，方法如步骤2），在填充有纳米导电材料的PDMS薄膜的那层表面上滴一层PDMS，利用真空干燥箱抽真空10min，静置流平后将装有PDMS柔性模板的容器放入70oC的干燥箱中加热1h，得到复合薄膜柔性应力传感器。所述平底容器以及薄片的形状皆可根据应用场所进行调整，其形状可采用长方形、圆形、三角形、正方形、四角形、五边形、五角星、六边形、六角形、七边形、七角形、八边形、八角形、九边形、九角形、十边形、十角形、十一边形、十一角形、十二边形、十二角形。所述薄片采用硅片、玻璃片、有机玻璃片、塑料片。在PDMS柔性模板的凹槽中填充的纳米导电材料可以根据不同应用要求进行调整，以更加高灵敏的检测所需测量的物理量；所述纳米导电材料采用金、银、铜、锎、铁、铝、碳的各种形貌纳米材料的其中一种或它们其中一种的氧化物或其中两种或几种的复合物和混合物。步骤6）中制备的两个电极结构呈对称分布，所述电极从传感器基底上凹槽的边缘向外引出；该电极采用银、铜或ITO中的一种或几种。实施例11）取一个2*1cm的长方形矮壁平底容器，在中心放一个0.8*0.3*0.05cm的硅片；2）配置PDMS溶液，取主剂与固化剂质量比为10:1置于培养皿中混合均匀，利用真空干燥箱抽真空10min，使混合液中的气泡破裂得到表面无气泡的PDMS溶液；3）取步骤2）制得的PDMS溶液加入到步骤1）中准备好的容器中；4）静置流平后将乘有PDMS和硅片的容器放入70oC的干燥箱中加热1.5h；5）取出容器中的PDMS薄膜，去掉硅片，便得到了具有凹槽的PDMS柔性模板；6）在凹槽两个窄边用导电铜胶带引出电极后，在凹槽中填充纳米导电材料银纳米线；7）待溶胶彻底干燥后，配置PDMS溶液，方法如步骤2），在凹槽上方滴一层PDMS，利用真空干燥箱抽真空10min，静置流平后将将装有PDMS柔性模板和硅片的容器放入70oC的干燥箱中加热1h，得到具有三明治结构的柔性应力传感器。实施例2一种核壳结构导电聚苯胺/Co3O4粉末的制备方法，包括如下步骤：1）取一个直径2cm的圆形矮壁平底容器，在中心放一个直径0.8cm厚度为0.05cm的硅片；2）配置PDMS溶液，取主剂与固化剂质量比为10:1置于培养皿中混合均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于导电纳米材料的柔性应力传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）取一个平底容器，在平底容器中心放一个薄片；2）配置PDMS溶液，取主剂与固化剂质量比为10:1置于培养皿中混合均匀，利用真空干燥箱抽真空10min，使混合液中的气泡破裂得到表面无气泡的PDMS溶液；3）取步骤2）制得的PDMS溶液加入到步骤1）中准备好的平底容器中，使PDMS溶液将薄片覆盖；4）静置流平后将盛有PDMS和薄片的平底容器放入70oC的干燥箱中加热1.5h，PDMS溶液形成PDMS薄膜；5）取出平底容器中的PDMS薄膜，去掉薄片，便得到了具有凹槽的PDMS柔性模板；6）在PDMS柔性模板凹槽的两个对边分别引出一个电极后，在凹槽中填充纳米导电材料；7）待填充纳米导电材料后的PDMS柔性模板彻底干燥后，配置PDMS溶液，方法如步骤2），在填充有纳米导电材料的PDMS薄膜的那层表面上滴一层PDMS，利用真空干燥箱抽真空10min，静置流平后将装有PDMS柔性模板的容器放入70oC的干燥箱中加热1h，得到复合薄膜柔性应力传感器。

【技术特征摘要】
1.一种基于导电纳米材料的柔性应力传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）取一个平底容器，在平底容器中心放一个薄片；2）配置PDMS溶液，取主剂与固化剂质量比为10:1置于培养皿中混合均匀，利用真空干燥箱抽真空10min，使混合液中的气泡破裂得到表面无气泡的PDMS溶液；3）取步骤2）制得的PDMS溶液加入到步骤1）中准备好的平底容器中，使PDMS溶液将薄片覆盖；4）静置流平后将盛有PDMS和薄片的平底容器放入70oC的干燥箱中加热1.5h，PDMS溶液形成PDMS薄膜；5）取出平底容器中的PDMS薄膜，去掉薄片，便得到了具有凹槽的PDMS柔性模板；6）在PDMS柔性模板凹槽的两个对边分别引出一个电极后，在凹槽中填充纳米导电材料；7）待填充纳米导电材料后的PDMS柔性模板彻底干燥后，配置PDMS溶液，方法如步骤2），在填充有纳米导电材料的PDMS薄膜的那层表面上滴一层PDMS，利用真空干燥箱抽真空10min，静置流平后将装有PDMS柔性模板的容器放入70oC的干燥箱中加热1h，得到复合薄膜柔性应力传感器。2.如权利要求1所述的一种基于导电纳米材料的柔性应力传感器的制备方法，其特征在于，所述平底容器以及薄片的形状皆可根据应用场所进行调整，其形状可采用长方形、圆形、三角形、正方形、四角形、五边形、五角星、六边形、六角形、七边形、七角形、八边形、八角形、九边形、九角形、十边形、十角形、十一边形、十一角形、十二边形、十二角形。3.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，桑胜波，菅傲群，段倩倩，冀建龙，张文栋，刘丽华，赵冬，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14