一种透明柔性多功能传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种透明柔性多功能传感器，包括柔性衬底，所述柔性衬底的两端设有电极，所述柔性衬底、电极上覆盖有柔性覆盖层，所述柔性衬底上设有条状凸台，所述条状凸台的两侧侧壁上涂布有复合功能层，所述复合功能层的两端分别与两个所述电极连接。本发明专利技术还提供了一种透明柔性多功能传感器的制备方法。本发明专利技术的有益效果是：在柔性衬底上设置条状凸台，在条状凸台的两侧侧壁上涂布形成复合功能层，将复合功能层的两端与对应的两枚电极连接，从而实现了传感器的透明，可对拉伸、挤压、弯曲、扭转和光强变化多种信号进行检测和定量反应，其灵敏度高，性能稳定，尤其具有极高的透过率。

【技术实现步骤摘要】
一种透明柔性多功能传感器及其制备方法
本专利技术涉及传感器，尤其涉及一种透明柔性多功能传感器及其制备方法。
技术介绍
近年来，可穿戴电子器件领域发展迅猛。应用于可穿戴电子器件中的传感器通过对运动、生理信号的检测与实时反馈，从而实现对人体的运动状态和健康状况的实时监测。其中一些应用要求传感器件具有与皮肤或关节紧密贴合和同步变形的能力，而基于传统金属材料和半导体材料的硬质电子元件缺乏在拉伸、变形等方面的能力，从而严重限制了其在可穿戴电子器件领域的应用。因此柔性电子元件的优越性愈发突出。目前存在的一些柔性传感器已经可以实现对空气湿度变化、光线强度变化的检测，对手指弯曲、肌肉运动、吞咽、脉搏等生理信号进行检测的应变传感器更是较为普遍。然而多数柔性应变传感器功能过于单一，多种功能之间相互隔离。并且多数应变传感器只能检测拉伸、弯曲和扭转等应变信息，无法实现对挤压信号的检测。甚至一些传感器为了追求灵敏性与稳定性，而牺牲整体的透过率。在电子器件高度集成的今天，其应用的广泛性必将受到严重的制约。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种工艺简单、成本低廉、能同时检测拉伸、弯曲、扭转和挤压等应变信息与光强变化信息，并且透明的透明柔性多功能传感器及其制备方法。本专利技术提供了一种透明柔性多功能传感器，包括柔性衬底，所述柔性衬底的两端设有电极，所述柔性衬底、电极上覆盖有柔性覆盖层，所述柔性衬底上设有条状凸台，所述条状凸台的两侧侧壁上涂布有复合功能层，所述复合功能层的两端分别与两个所述电极连接。作为本专利技术的进一步改进，所述复合功能层为银纳米线-氧化锌纳米线复合功能层，所述复合功能层与所述电极之间通过导电银漆相连接，所述复合功能层垂直于所述柔性衬底，所述条状凸台垂直于所述柔性衬底。作为本专利技术的进一步改进，所述复合功能层至少有两条并相互平行设置，所述条状凸台至少有两条并形成条状凸台阵列。作为本专利技术的进一步改进，所述条状凸台的宽度与相邻的所述条状凸台之间的间距之比为0.5~3，相邻的所述条状凸台之间形成凹槽，所述复合功能层之间相并联。本专利技术还提供了一种透明柔性多功能传感器的制备方法，包括以下步骤：S1、制备具有条状凸台的柔性衬底；S2、在柔性衬底的条状凸台上涂布形成复合功能层；S3、制备电极；S4、制备柔性覆盖层；作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，制备具有条状凸台阵列的柔性衬底；在步骤S2中，通过提拉法将银纳米线-氧化锌纳米线复合功能层涂布在条状凸台阵列的侧壁上。作为本专利技术的进一步改进，步骤S2包括以下子步骤：S21、将去离子水倒入烧杯中加热后置于浸渍提拉机的卡具正下方，用注射器从烧杯正上方将银纳米线乙醇溶液逐滴滴入液面上形成一层均匀的银纳米线亚单分子膜；S22、将具有条状凸台的柔性衬底上的条状凸台间的凹槽平面用覆盖物覆盖住，然后将平整的一侧贴附在载玻片上得到提拉基底，并将提拉基底固定到浸渍提拉机的卡具上，使其垂直于液面，匀速浸入液面后停止，再匀速将提拉基底拉出液面，将提拉基底放入烘干箱中烘干；S23、将去离子水倒入烧杯中加热至后置于浸渍提拉机的卡具正下方，用注射器从烧杯正上方将氧化锌纳米线乙醇溶液逐滴滴入液面上形成一层均匀的氧化锌纳米线亚单分子膜；S24、将步骤S22中得到的提拉基底旋转90°，并将提拉基底固定到浸渍提拉机的卡具上，使其垂直于液面，匀速浸入液面后停止，再匀速将提拉基底拉出液面，将提拉基底放入烘干箱中烘干；S25、去除覆盖物，将条状凸台平面上的纳米线用酒精擦除掉，得到仅条状凸台侧壁涂布有复合功能层的柔性衬底。作为本专利技术的进一步改进，在步骤S21中，将去离子水倒入250mL烧杯中加热至80℃后置于浸渍提拉机的卡具正下方，用注射器从烧杯正上方将银纳米线乙醇溶液逐滴滴入液面上形成一层均匀的银纳米线亚单分子膜；在步骤S22中，将具有条状凸台阵列的柔性衬底上的条状凸台之间的凹槽平面用胶带覆盖住，然后将平整的一侧贴附在载玻片上得到提拉基底，并将提拉基底固定到浸渍提拉机的卡具上，使其垂直于液面，以20mm/min的速度匀速浸入液面后停止，再以20mm/min的速度匀速将提拉基底拉出液面，将提拉基底放入80℃烘干箱中5min烘干；在步骤S23中，将去离子水倒入250mL烧杯中加热至80℃后置于浸渍提拉机卡具正下方，用注射器从烧杯正上方将氧化锌纳米线乙醇溶液逐滴滴入液面上形成一层均匀的氧化锌纳米线亚单分子膜；在步骤S24中，将步骤S22中得到的提拉基底旋转90°，并将提拉基底固定到浸渍提拉机的卡具上，使其垂直于液面，以20mm/min的速度匀速浸入液面后停止，再以20mm/min的速度匀速将提拉基底拉出液面，将提拉基底放入80℃烘干箱中5min烘干。作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，柔性衬底为PDMS衬底，制备具有条状凸台阵列的PDMS衬底包括以下子步骤：S11、将具有条状凹槽阵列的石英模具放在无水乙醇中超声清洗5min，之后用去离子水冲洗后放在烘干箱中烘干；S12、将二甲基硅氧烷与交联剂按照质量比10：1称取于烧杯中，超声搅拌10min，用一次性滴管吸取2mL于模具中，并置于真空环境去除气泡，静置模具10min，待其在重力的作用下表面变得平整后置于100℃加热台加热10min，固化后退模得到具有条状凸台阵列的PDMS衬底。本专利技术还提供了一种透明柔性多功能传感器的制备方法，包括以下步骤：（1）衬底模具制备：模具材质为石英玻璃，先铣出长度为40mm、宽度为25mm、厚度为0.5mm的矩形凹槽，再在矩形凹槽的下表面铣出一系列等距平行分布的长度为30mm、宽度为0.5mm、深度为0.5mm的条状凹槽，最后进行抛光得到模具；（2）柔性衬底制备：将二甲基硅氧烷与交联剂按照质量比10：1称取于烧杯中，超声搅拌10min，用一次性滴管吸取2mL于模具中，并置于真空环境去除气泡，静置模具10min，待其在重力的作用下表面变得平整后置于100℃加热台加热10min，固化后退模得到具有条状凸台阵列的PDMS衬底；（3）提拉基底制备：选取宽度为30mm，长度为45mm的载玻片，将载玻片放在无水乙醇中超声清洗5min后放在烘干箱中烘干；将步骤（2）得到的柔性衬底平整的一面贴附在载玻片上，去除柔性衬底和载玻片之间的气泡，将柔性衬底的一条长边和一条窄边与载玻片重合，用胶带将衬底上凹槽平面覆盖住。；（4）银纳米线亚单分子层制备：将去离子水倒入250mL烧杯中，加热至80℃后置于浸渍提拉机提拉卡具的正下方，用注射器将银纳米线乙醇溶液逐滴滴加到烧杯中的液面上，观察到银纳米线不会立即沉淀，而是在液面上快速铺展形成一层光亮的银镜状的薄膜；（5）银纳米线功能层的涂布：用浸渍提拉机上的卡具卡住步骤（3）所述的提拉基底长边上剩余的玻璃部分，以20mm/min的速度匀速浸入液面，至完全浸没后停止，再以20mm/min的速度匀速提拉出液面，将提拉基底置入80℃烘干箱中5min烘干；（6）氧化锌纳米线亚单分子层制备：将去离子水倒入250mL烧杯中，加热至80℃后置于浸渍提拉机提拉卡具的正下方，用注射器将氧化锌纳米线乙醇溶液逐滴滴加到烧杯中的液面上，观察到氧化锌纳米线不会立即沉淀，而是在液面上快速铺展形成一层白色的薄膜；（7）氧化锌纳米线功能层的涂布：用浸渍提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透明柔性多功能传感器，其特征在于：包括柔性衬底，所述柔性衬底的两端设有电极，所述柔性衬底、电极上覆盖有柔性覆盖层，所述柔性衬底上设有条状凸台，所述条状凸台的两侧侧壁上涂布有复合功能层，所述复合功能层的两端分别与两个所述电极连接。

【技术特征摘要】
1.一种透明柔性多功能传感器，其特征在于：包括柔性衬底，所述柔性衬底的两端设有电极，所述柔性衬底、电极上覆盖有柔性覆盖层，所述柔性衬底上设有条状凸台，所述条状凸台的两侧侧壁上涂布有复合功能层，所述复合功能层的两端分别与两个所述电极连接。2.根据权利要求1所述的透明柔性多功能传感器，其特征在于：所述复合功能层为银纳米线-氧化锌纳米线复合功能层，所述复合功能层与所述电极之间通过导电银漆相连接，所述复合功能层位于所述条状凸台的侧壁上，所述条状凸台的侧壁垂直于所述柔性衬底。3.根据权利要求1所述的透明柔性多功能传感器，其特征在于：所述复合功能层至少有两条并相互平行设置，所述条状凸台至少有两条并形成条状凸台阵列。4.根据权利要求3所述的透明柔性多功能传感器，其特征在于：所述条状凸台的宽度与相邻的所述条状凸台之间的间距之比为0.5~3，相邻的所述条状凸台之间形成凹槽，所述复合功能层之间相并联。5.一种透明柔性多功能传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备具有条状凸台的柔性衬底；S2、在柔性衬底的条状凸台上涂布形成复合功能层；S3、制备电极；S4、制备柔性覆盖层。6.根据权利要求5所述的透明柔性多功能传感器的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，制备具有条状凸台阵列的柔性衬底；在步骤S2中，通过提拉法将银纳米线-氧化锌纳米线复合功能层涂布在条状凸台阵列的侧壁上。7.根据权利要求5所述的透明柔性多功能传感器的制备方法，其特征在于，步骤S2包括以下子步骤：S21、将去离子水倒入烧杯中加热后置于浸渍提拉机的卡具正下方，用注射器从烧杯正上方将银纳米线乙醇溶液逐滴滴入液面上形成一层均匀的银纳米线亚单分子膜；S22、将具有条状凸台的柔性衬底上的条状凸台间的凹槽平面用覆盖物覆盖住，然后将平整的一侧贴附在载玻片上得到提拉基底，并将提拉基底固定到浸渍提拉机的卡具上，使其垂直于液面，匀速浸入液面后停止，再匀速将提拉基底拉出液面，将提拉基底放入烘干箱中烘干；S23、将去离子水倒入烧杯中加热至后置于浸渍提拉机的卡具正下方，用注射器从烧杯正上方将氧化锌纳米线乙醇溶液逐滴滴入液面上形成一层均匀的氧化锌纳米线亚单分子膜；S24、将步骤S22中得到的提拉基底旋转90°，并将提拉基底固定到浸渍提拉机的卡具上，使其垂直于液面，匀速浸入液面后停止，再匀速将提拉基底拉出液面，将提拉基底放入烘干箱中烘干；S25、去除覆盖物，将条状凸台平面上的纳米线用酒精擦除掉，得到仅条状凸台侧壁涂布有复合功能层的柔性衬底。8.根据权利要求7所述的透明柔性多功能传感器的制备方法，其特征在于：在步骤S21中，将去离子水倒入250mL烧杯中加热至80℃后置于浸渍提拉机的卡具正下方，用注射器从烧杯正上方将银纳米线乙醇溶液逐滴滴入液面上形成一层均匀的银纳米线亚单分子膜；在步骤S22中，将具有条状凸台阵列的柔性衬底上的条状凸台之间的凹槽平面用胶带覆盖住，然后将平整的一侧贴附在载玻片上得到提拉基底，并将提拉基底固定到浸渍提拉机的卡具上，使其垂直于液面，以20mm/min的速度匀速浸入液面后停止，再以20mm/min的速度匀速将提拉基底拉出液面，将提拉基底放入80℃烘干箱中5min烘干；在步骤S23中，将去离子水倒入250mL烧杯中加热至80℃后置于浸渍提拉机卡具正下方，用注射器从烧杯正上方将氧化锌纳米线乙醇溶液逐滴滴入液面上形成一层均匀的氧化锌纳米线亚单分子膜；在步骤S24中，将步骤S22中得到的提拉基底旋转90°，并将提拉基底固定到浸渍提拉机的卡具上，使其垂直于液面，以20mm/min的速度匀速浸入液面后停止，再以20mm/min的速度匀速将提拉基底拉出液面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：计红军，尹凡奇，刘昊，黄嘉一，赵维巍，马星，张嘉恒，冯欢欢，李明雨，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44