一种纳米半球压力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米半球压力传感器的制备方法，(1)以图形化蓝宝石衬底为模板，在图形化蓝宝石衬底上均匀旋涂PMMA，固化、脱模之后，得到具有半球凹形的PMMA模板；(2)在所述PMMA模板上均匀涂覆Ag纳米线，所述Ag纳米线渗入或进入PMMA模板的半球凹形的凹坑当中；(3)接着在PMMA模板上均匀涂覆PDMS；(4)在PDMS上继续均匀涂覆所述Ag纳米线，接着取步骤(1)另一所述PMMA模板进行机械压印；(5)固化，除去PMMA模板，获得正反两面都具有纳米级半球结构的PDMS；(6)采用镀有氧化铟锡的PET面对面进行封装，并制备引出电极。本发明专利技术的传感器响应灵敏度高，且制备方法简单，适合大规模工业生产。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米半球压力传感器及其制备方法
本专利技术属于压力传感器
，具体涉及一种纳米半球压力传感器及其制备方法。
技术介绍
传感器当中常常用到蓝宝石衬底，蓝宝石衬底分为图形化蓝宝石衬底(PatternSapphireSubstrate，简称：PSS)和平面蓝宝石衬底，其中，图形化蓝宝石衬底的表面具有尺寸在微米量级的图形阵列，平面蓝宝石衬底具有外延级抛光。传感器是当今科学发展中非常重要的一个领域，它可以在医疗健康、智能家居、环境保护、安全生产、国防等领域发挥积极的作用。因此，高性能传感器一直是科研人员努力的目标。其中，可用于医疗健康领域的可穿戴式压力传感器更是受到人们的广泛关注。可穿戴式压力传感器要求柔软、轻便、舒适，而满足这些要求通常是有机导电薄膜，例如PDMS、PET等。有机薄膜通常是不导电的，为了获得良好的电学性能，会在PDMS中掺入金属纳米线、碳纳米管、石墨烯等。即使这样，仍然无法满足实际的需要，器件的灵敏度还是达不到要求，因此还需要进一步提高器件的灵敏度。为了实现这一目的，人们尝试在PDMS引入各种微结构，例如复制丝绸的微结构、荷叶的微结构、纳米级倒金字塔结构、纳米柱、纳米长条阵列等等。其中，复制丝绸的微结构、荷叶的微结构存在着诸多问题：微结构过于粗大，均一性差，器件灵敏度还需要进一步提高。而纳米级倒金字塔结构、纳米柱、纳米长条阵列的灵敏度不够，还需要进一步提高。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种纳米半球压力传感器及其制备方法。本专利技术利用模板法制备纳米级半球微纳结构，并对Ag纳米线的涂覆进行改进，从而提高压力传感器的均一性、稳定性和灵敏度。本专利技术采用以下技术方案：一种纳米半球压力传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)以商业化图形化蓝宝石衬底(PSS)为模板，在图形化蓝宝石衬底上均匀旋涂PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，或亚克力)，固化、脱模之后，得到具有半球凹形的PMMA模板；按相同的工艺制备2-6块PMMA模板备用；(2)在一块所述具有半球凹形的PMMA模板上均匀涂覆Ag纳米线，使部分所述Ag纳米线渗入或进入PMMA模板的半球凹形的凹坑当中；(3)接着在PMMA模板上采用涂覆机均匀涂覆PDMS(聚二甲基硅氧烷)；(4)在PDMS上继续均匀涂覆所述Ag纳米线，接着取步骤(1)制备好的另一块PMMA模板进行机械压印；(5)固化，除去PMMA模板，获得正反两面都具有纳米级半球结构的PDMS；(6)采用镀有氧化铟锡(ITO)的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)为电极，将纳米级半球结构的PDMS夹在两块所述电极之间，以ITO面对ITO的方式进行封装，封装成三明治传感器结构，并制备引出电极，得到所述纳米半球压力传感器。进一步地，所述图形化蓝宝石衬底的尺寸(直径)为2-12英寸，图形化蓝宝石衬底表面具有凸起的半球，半球的直径为300-500nm，半球中心间距为600-2500nm。进一步地，步骤(1)中所述PMMA的厚度为200-10000微米。进一步地，所述Ag纳米线的直径为10-150nm，长度为100-20000nm。进一步地，步骤(2)中至少1/2量的所述Ag纳米线渗入或进入PMMA模板的半球凹形的凹坑当中。进一步地，步骤(3)中所述PDMS的厚度为2-100微米。进一步地，步骤(4)机械压印过程中，两块PMMA模板呈15-75°夹角，使纳米半球的位置错开，有利于提高压力传感器的响应灵敏度。进一步地，步骤(4)机械压印过程中，两块PMMA模板呈30-60°夹角，使纳米半球的位置错开，可大大提高压力传感器的响应灵敏度。进一步地，步骤(4)机械压印过程中通过平板玻璃均匀施加压力。一种根据纳米半球压力传感器的制备方法制备得到的纳米半球压力传感器。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术的Ag纳米线进入微纳结构当中，一旦微纳结构发生变形，即可迅速产生响应，大大提高了器件响应的灵敏度；(2)本专利技术的纳米半球压力传感器的制备方法工艺简单，生产效率高，成本低廉，适合大规模工业生产应用；(3)本专利技术通过纳米半球位置交替分布，大大提高了器件的灵敏度。附图说明图1为图形化蓝宝石衬底模板的侧面示意图；图2为PMMA模板正面示意图；图3为PDMS样品的侧面示意图；图4为本专利技术实施例1制备的纳米半球压力传感器的侧面示意图；图5是本专利技术实施例1制备的纳米半球压力传感器的拉伸形变-电阻变化率曲线。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，现结合以下具体实施例做进一步说明，但是本专利技术不限于具体实施例。实施例1一种纳米半球压力传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)以商业化图形化蓝宝石衬底为模板，在图形化蓝宝石衬底上均匀旋涂PMMA，厚度为500微米，固化、脱模之后，得到具有半球凹形的PMMA模板；按相同的工艺制备2块PMMA模板备用；所述图形化蓝宝石衬底的尺寸为2英寸，半球的直径为500nm，半球中心间距为1200nm，图1为图形化蓝宝石衬底模板的侧面示意图；图2为PMMA模板正面示意图；(2)在一块所述具有半球凹形的PMMA模板上均匀涂覆Ag纳米线，使部分所述Ag纳米线渗入或进入PMMA模板的半球凹形的凹坑当中，Ag纳米线的直径为20nm，长度为200-15000nm；(3)接着在PMMA模板上采用涂覆机均匀涂覆PDMS，其厚度为30微米；(4)在PDMS上继续均匀涂覆所述Ag纳米线，接着取步骤(1)制备好的另一块PMMA模板进行机械压印，压印时，两块PMMA模板成45°夹角，并使纳米半球错开位置，有利于提高压力传感器的响应灵敏度；此外，可通过平板玻璃均匀施加压力；(5)固化，除去PMMA模板，获得正反两面都具有纳米级半球结构的PDMS，图3为PDMS样品的侧面示意图；(6)采用镀有氧化铟锡(ITO)的PET为电极，将纳米级半球结构的PDMS夹在两块所述电极之间，以ITO面对ITO的方式进行封装，并制备引出电极，得到所述纳米半球压力传感器。图4为本专利技术实施例1制备的纳米半球压力传感器的侧面示意图，其中11是PET，12是氧化铟锡(ITO)，13是PDMS，14是Ag纳米线，15是引出电极。图5是本专利技术实施例1制备的纳米半球压力传感器的拉伸形变-电阻变化率曲线，二者呈现较好的线性规律，其斜率为0.35，表明传感器具有较好的敏感度。实施例2一种纳米半球压力传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)以商业化图形化蓝宝石衬底为模板，在图形化蓝宝石衬底上均匀旋涂PMMA，厚度为200微米，固化、脱模之后，得到具有半球凹形的PMMA模板；按相同的工艺制备2块PMMA模板备用；所述图形化蓝宝石衬底的尺寸为3英寸，半球的直径为300nm，半球中心间距为600nm；(2)在一块所述具有半球凹形的PMMA模板上均匀涂覆Ag纳米线，使部分所述Ag纳米线渗入或进入PMMA模板的半球凹形的凹坑当中，Ag纳米线的直径为10nm，长度为100nm；(3)接着在PMMA模板上采用涂覆机均匀涂覆PDMS，其厚度为2微米；(4)在PDMS上继续均匀涂覆所述Ag纳米线，接着取步骤(1)制备好的另一块PMMA模板进行机械压印，压印时，两块PMMA模板成30°夹角，并使纳米半球错开位置，有利于提高压力传感器的响应灵敏度；此外，可通过平板玻璃均匀施加压力；(5)固化，除去P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米半球压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以图形化蓝宝石衬底为模板，在图形化蓝宝石衬底上均匀旋涂PMMA，固化、脱模之后，得到具有半球凹形的PMMA模板；(2)在所述PMMA模板上均匀涂覆Ag纳米线，所述Ag纳米线渗入或进入PMMA模板的半球凹形的凹坑当中；(3)接着在PMMA模板上均匀涂覆PDMS；(4)在PDMS上继续均匀涂覆所述Ag纳米线，接着取步骤(1)另一所述PMMA模板进行机械压印；(5)固化，除去PMMA模板，获得正反两面都具有纳米级半球结构的PDMS；(6)利用以PET为衬底的氧化铟锡薄膜为电极，将纳米级半球结构的PDMS夹在两块所述电极之间，封装成三明治传感器结构，并制备引出电极，得到所述纳米半球压力传感器。

【技术特征摘要】
1.一种纳米半球压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以图形化蓝宝石衬底为模板，在图形化蓝宝石衬底上均匀旋涂PMMA，固化、脱模之后，得到具有半球凹形的PMMA模板；(2)在所述PMMA模板上均匀涂覆Ag纳米线，所述Ag纳米线渗入或进入PMMA模板的半球凹形的凹坑当中；(3)接着在PMMA模板上均匀涂覆PDMS；(4)在PDMS上继续均匀涂覆所述Ag纳米线，接着取步骤(1)另一所述PMMA模板进行机械压印；(5)固化，除去PMMA模板，获得正反两面都具有纳米级半球结构的PDMS；(6)利用以PET为衬底的氧化铟锡薄膜为电极，将纳米级半球结构的PDMS夹在两块所述电极之间，封装成三明治传感器结构，并制备引出电极，得到所述纳米半球压力传感器。2.根据权利要求1所述的纳米半球压力传感器的制备方法，其特征在于，所述图形化蓝宝石衬底的尺寸为2-12英寸，图形化蓝宝石衬底表面具有凸起的半球，半球的直径为300-500nm，半球中心间距为600-2500nm。3.根据权利要求1所述的纳米半球压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨为家，何鑫，吴健豪，蒋庭辉，江嘉怡，刘俊杰，刘铭全，刘艳怡，王诺媛，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东,44