基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器及其制备方法。基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器包括释放后的衬底，释放后的衬底上设有石墨烯敏感层，石墨烯敏感层两端与释放后的衬底的连接处设有导电银胶，导电银胶上表面设有电极。基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器的制备方法，转移石墨烯薄膜前对衬底进行预拉伸，通过干式转移法完成石墨烯薄膜的转移，进而制备基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器。本发明专利技术制作的传感器通过预拉伸实现了较大应变的测量，具有很好的稳定与重复性，通过干式转移法，提高了制作成功率，简化了制备方法，实现了大批量制作。

【技术实现步骤摘要】
基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器及其制备方法
本专利技术属于柔性电子
，特别是涉及一种基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器及其制备方法。
技术介绍
随着仿生电子学、生物力学、医学工程、新材料技术、传感器技术和机器人技术等新兴交叉学科和方向的发展及融合，柔性应变传感器得到了广大科研工作者、医生和工程师的重视和研究，传统的应变传感器主要是基于金属和半导体材料，其具有一定的灵敏性，但缺点是材料坚硬，可拉伸性较差，小于<5%，这一缺点限制了传统应变传感器的应用范围。与传统应变传感器相比，柔性应变传感器克服了材料坚硬、可拉伸性较差的缺点，具有柔性、较大的可拉伸性（>10%）和较高的灵敏度等优点。在柔性应变传感器中，敏感材料是决定应变传感器性能的关键，目前现有的柔性应变传感器常用的敏感材料包括：纳米粒子、纳米线、碳纳米管、石墨烯等。由于石墨烯具有较高的电导率、出色的柔性和较高的杨氏模量，基于石墨烯的柔性应变传感器，目前已有许多基于石墨烯的柔性应变传感器相关的研究。申请号：201610813162.6，专利技术名称：双层还原氧化石墨烯薄膜柔性应变传感器的制备方法，公开日为2017年2月22日，公开了该传感器是将还原氧化石墨烯附着在柔性材料衬底（PDMS）上制备而成，可以实现较大应变的测量，但其石墨烯的制备方法是氧化还原法，传感器的灵敏度较低。申请号：201710086475.0，专利技术名称：一种激光制备不同石墨烯图案应变传感器的方法，公开日为2017年7月7日，公开了该传感器是通过湿式转移法将化学气相沉积法（CVD）制备的石墨烯转移到柔性衬底（PDMS）制备而来，该方法制备的柔性应变传感器具有较大的应变测量范围（10%）与较高的应变灵敏度；但通过湿式转移法制备的石墨烯存在石墨烯易破损、转移成功率低、操作复杂等缺点。申请号：201610256877.6，专利技术名称：石墨烯符合纳米金薄膜柔性应变传感器的制备方法及其应变传感器，公开日为2016年7月20日，公开了该传感器通过湿式转移法将金改性石墨烯转移到PDMS衬底上制备而来，该传感器具有较高的灵敏度，但由于石墨烯单层特性，传感器有效应变范围有限（<5%），重复性较差的问题。综上所述，已报道的基于石墨烯的柔性应变传感器存在如下缺点：（1）通过氧化还原法制备的石墨烯柔性应变传感器灵敏度较低；（2）通过湿式转移法制备的石墨烯柔性应变传感器存在转移过程中易破损、转移成功率低、操作复杂的缺点；（3）单层石墨烯结构可拉伸性较低，重复性较差的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器，解决了现有技术中通过氧化还原法制备的石墨烯柔性应变传感器灵敏度较低的问题。本专利技术的另一目的在于提供一种基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器的制备方法，解决了现有技术中通过湿式转移法制备的石墨烯柔性应变传感器存在转移过程中易破损、转移成功率低、操作复杂以及单层石墨烯结构可拉伸性较低，重复性较差的问题。本专利技术所采用的技术方案是，基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器，包括释放后的衬底，释放后的衬底上设有石墨烯敏感层，石墨烯敏感层两端与释放后的衬底的连接处设有导电银胶，导电银胶上表面设有电极。进一步的，所述释放后的衬底厚度为3mm。进一步的，所述石墨烯敏感层的厚度为3.2nm，石墨烯敏感层为褶皱结构。进一步的，所述导电银胶的厚度为0.5mm。本专利技术所采用的另一种技术方案是，基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器的制备方法，具体按照以下步骤进行：步骤一、用去离子水、无水乙醇清洗铜片，通过化学气相淀积在铜片上生长石墨烯薄膜；通过旋涂法制备衬底，通过机械夹具预拉伸衬底得到预拉伸后的衬底，在预拉伸后的衬底上滴涂一层半固化的高分子聚合材料；步骤二、将步骤一的附着石墨烯薄膜的铜片贴合在半固化的高分子聚合材料上，通过半固化的高分子聚合材料将石墨烯薄膜与预拉伸后的衬底相连接；步骤三、待半固化的高分子聚合材料完全固化后刻蚀铜片；步骤四、释放预拉伸后的衬底，得到释放后的衬底和石墨烯敏感层；步骤五、在石墨烯敏感层两侧与释放后的衬底的交界处涂覆导电银胶，电极与导电银胶的中心位置连接，进而制备得到基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器。进一步的，所述步骤一中铜片的厚度为0.1mm。进一步的，所述衬底的厚度为2mm；所述衬底用的材料为聚二甲基硅氧烷；滴涂的半固化的高分子聚合材料的厚度为1mm。进一步的，所述步骤二半固化的高分子聚合材料为聚二甲基硅氧烷，是由预聚物乙烯基甲基聚硅氧烷与交联剂含氢聚硅氧烷组成，通过硅氢加成反应在60-80℃交联固化2-3小时，制得固化比为10:1的聚二甲基硅氧烷。本专利技术的有益效果是，本专利技术制作的传感器通过预拉伸实现了较大应变的测量，具有很好的稳定与重复性，通过石墨烯干式转移法，提高了制作成功率高，简化了制备方法，实现了大批量制作。本专利技术的传感器使用的是CVD法制备的石墨烯薄膜，具有较高的灵敏度；通过预拉伸的方法增加了石墨烯薄膜的可拉伸性与稳定性；通过干式转移法提高了转移的成功率，简化了制作工艺，本专利技术所制作出的石墨烯柔性应变传感器具有实现高灵敏度、大应变、高稳定性的优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的制备工艺流程示意图。图2是本专利技术的传感器结构示意图。图3是本专利技术的传感器横截面结构示意图。图4是本专利技术的电极结构示意图。图中，1.铜片，2.石墨烯薄膜，3.衬底，4.预拉伸后的衬底，5.半固化的高分子聚合材料，6.释放后的衬底，7.石墨烯敏感层，8.导电银胶，9.电极。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的思路是：石墨烯是一种由sp2杂化碳原子网状连接而成的二维材料，具有优异的力学、电学、光学、化学和磁学性能。将石墨烯与柔性聚合物复合可以制备出具基于石墨烯的柔性大应变传感器。这种传感器在受到拉力时，石墨烯网状结构会发生断裂，引起传感器电阻的变化，本专利技术根据这一原理实现对应变的测量。基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器，如图2所示，包括释放后的衬底6，释放后的衬底6上设有石墨烯敏感层7，石墨烯敏感层7两端与释放后的衬底6的连接处设有导电银胶8，导电银胶8上表面设有电极9。释放后的衬底6厚度为3mm，石墨烯敏感层7的厚度为3.2nm。导电银胶8的厚度为0.5mm。基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器的制备方法，如图1所示，具体按照以下步骤进行：步骤一、用去离子水、无水乙醇清洗铜片1，通过CVD即化学气相淀积在铜片1上生长石墨烯薄膜2；通过旋涂法制备衬底3，通过机械夹具预拉伸衬底3得到预拉伸后的衬底4，在预拉伸后的衬底4上滴涂一层半固化的高分子聚合材料5；步骤二、将步骤一的附着石墨烯薄膜2的铜片1贴合在半固化的高分子聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器，其特征在于，包括释放后的衬底（6），释放后的衬底（6）上设有石墨烯敏感层（7），石墨烯敏感层（7）两端与释放后的衬底（6）的连接处设有导电银胶（8），导电银胶（8）上表面设有电极（9）。

【技术特征摘要】
1.基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器，其特征在于，包括释放后的衬底（6），释放后的衬底（6）上设有石墨烯敏感层（7），石墨烯敏感层（7）两端与释放后的衬底（6）的连接处设有导电银胶（8），导电银胶（8）上表面设有电极（9）。2.根据权利要求1所述的基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器，其特征在于，所述释放后的衬底（6）厚度为3mm。3.根据权利要求1所述的基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器，其特征在于，所述石墨烯敏感层（7）的厚度为3.2nm，石墨烯敏感层（7）为褶皱结构。4.根据权利要求1所述的基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器，其特征在于，所述导电银胶（8）的厚度为0.5mm。5.如权利要求1-4任意一项所述的基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：步骤一、用去离子水、无水乙醇清洗铜片（1），通过化学气相淀积在铜片（1）上生长石墨烯薄膜（2）；通过旋涂法制备衬底（3），通过机械夹具预拉伸衬底（3）得到预拉伸后的衬底（4），在预拉伸后的衬底（4）上滴涂一层半固化的高分子聚合材料（5）；步骤二、将步骤一的附着石墨烯薄膜（2）的铜片（1）贴合在半固化的高分子聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晓洲，杨嘉怡，胡翰伦，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61