利用喷墨印刷柔性微结构表面制备微结构电极的方法及电子皮肤传感器技术

本发明专利技术提供一种利用喷墨印刷柔性微结构表面制备微结构电极的方法，其包括如下步骤：在支撑基材表面制备具有粘弹性的预聚合基底，通过在粘弹性基底上喷墨印刷水溶性聚合物牺牲性墨水制备具有微结构表面的柔性基底；在该基底表面沉积导电层，制作柔性微结构电极；基于柔性基材表面可控制备的微型导电结构实现高灵敏电子皮肤传感。本发明专利技术通过喷墨印刷柔性微结构表面制备柔性微结构电极，可实现一种低成本、高效率、可大面积制作高灵敏电子皮肤传感器的方法。

Preparation of Microstructure Electrodes on Flexible Microstructure Surface by Inkjet Printing and Electronic Skin Sensor

【技术实现步骤摘要】
利用喷墨印刷柔性微结构表面制备微结构电极的方法及电子皮肤传感器
本专利技术涉及柔性电子
，特别涉及利用喷墨印刷柔性微结构表面制备微结构电极的方法及电子皮肤传感器。
技术介绍
近年来，柔性电子技术的发展引起了各领域的广泛关注，相对于传统的无机信息器件，柔性电子件具有天然的优势，例如，其具有独特的柔性、可承受弯曲甚至能拉伸较大的变形、能够包覆在人体柔软组织的复杂曲面上。因此在信息、能源、医疗等领域具有广泛地应用，如柔性显示器、薄膜太阳能电池、电子皮肤等。其中具有独特性能的可穿戴传感器，具有低成本，超轻质，高度灵活和可拉伸等优点，能够共形地附着到人体皮肤上，用于个人保健和生理信号监测。为了实现超薄，柔性可拉伸的装置，引入了许多基于各种结构，转换原理以及制造工艺的传感装置。但同时也面临着灵敏度不足、可形变范围有限等缺点。引入微结构常用方法有光刻、预拉伸和仿生等，能够达到人们对灵敏度和可拉伸性的要求。但是其制备步骤繁琐，所需设备昂贵，不利于大规模生产。因此，以一种低成本、高效率且灵活的方式，实现具有可控形态和高分辨率的表面微结构是具有重要研究意义的。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种利用喷墨印刷柔性微结构表面制备微结构电极的方法及电子皮肤传感器，其利用喷墨印刷不仅能够通过控制不混溶墨水和粘弹性基材之间的相互作用，来调整微结构的形态，而且速度快、成本低、效率高，拥有较高的使用价值。具体地，本专利技术提供一种利用喷墨印刷柔性微结构表面制备微结构电极的方法，其包括如下步骤：S1：制备表面具有微结构的基底：在支撑基材上放置具有粘弹性的预聚合基底，并在预聚合基底表面进行喷墨印刷，得到表面具有微结构的柔性基底；S2：制备微结构电极：对步骤S1得到的具有微结构的基底进行预处理，并在基底表面沉积导电层，得到柔性微结构电极。优选地，还包括S3：制备电子皮肤传感器：在柔性微结构电极外部连接导线进行柔性测试及灵敏度测试，以制备符合使用要求的电子皮肤传感器。优选地，步骤S1具体包括以下子步骤：S11：对粘弹性基底进行预固化，获得适于喷墨印刷微结构的流变性能；S12：利用含有水溶性聚合物的溶液作为墨水在基底表面进行喷墨印刷，待墨水完全固化并利用去离子水洗涤喷墨印刷沉积的水溶性聚合物后，得到表面具有微结构形态的柔性基底。优选地，步骤S2具体包括以下步骤：S21、对表面具有微结构的柔性基底采用空气等离子体或表面活性剂对基底表面进行接枝改性；S22、对接枝改性后的基底表面进行导电层沉积，得到柔性微结构电极。优选地，步骤S3中柔性测试具体为使柔性微结构电极发生形变引起应变电阻值的变化。优选地，步骤S1中所述具有粘弹性的预聚合基底为二甲基硅氧烷等预聚体；将粘弹性预聚物前体旋涂在支撑基材上，进行预固化，所述预固化的环境温度为20℃至25℃；所述预固化的固化温度为70℃至90℃，所述预固化的固化时间为10分钟至15分钟。优选地，所述步骤S12中固化的固化温度为70℃至90℃；固化的时间为30分钟至1小时。优选地，所述含有水溶性聚合物的溶液为水溶性聚丙烯酸树脂等水溶性聚合物溶液。优选地，所述基底表面的微结构为微坑或微槽，所述微结构利用10pL喷墨印刷墨滴可以形成的宽度为8微米至10微米，所述微结构的深度为2微米至4微米。优选地，本专利技术还提供一种的方法制备的具有微结构表面的电子皮肤传感器，其包括至少一个微结构电极。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术采用通过在可固化粘弹性表面喷墨印刷制造具有可控形态的表面微结构，该方法是通过牺牲性墨水引起弹性表面变形，完全固化弹性体后，形成微结构表面。喷墨打印不仅能够通过控制不混溶墨水和粘弹性基材之间的相互作用，来调整微结构的形态，而且速度快、成本低、效率高，拥有较高的使用价值。2、本专利技术利用喷墨印刷柔性可固化粘弹性基底制备微结构，研究沉积导电层与表面微结构共形对传感器灵敏度和柔性的影响，并得到具有较高灵敏度和柔性的传感器件，并且能够实现一种低成本、高效率、可大面积制作高灵敏电子皮肤传感器的方法。进一步地，用于具有高灵敏度、形变能力大的可穿戴器件。附图说明图1是根据本专利技术的利用喷墨印刷柔性微结构表面制备微结构电极的方法的流程图；图2是根据本专利技术的基于喷墨印刷柔性微结构表面的电子皮肤传感器及其制备方法中的喷墨印刷微结构示意图；图3是根据本专利技术的基于喷墨印刷柔性微结构表面的电子皮肤传感器及其制备方法中喷墨印刷形成的不同微结构示意图；图4是根据本专利技术的基于喷墨印刷柔性微结构表面的电子皮肤传感器及其制备方法中PDMS微结构表面沉积导电层示意图；图5是根据本专利技术的基于喷墨印刷柔性微结构表面的电子皮肤传感器的结构示意图；图6是本专利技术的具体实施例的流程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1至图5中为根据本专利技术的基于喷墨印刷柔性微结构表面的电子皮肤传感器及其制备方法的示意图。其中图1为根据本专利技术的喷墨印刷柔性微结构表面的电子皮肤传感器的制备方法的流程图。图2至图5中示出了根据本专利技术的制备方法的传感器各个阶段的结构示意图。优选地，根据本专利技术的喷墨印刷柔性微结构表面的电子皮肤传感器的制备方法，其具体步骤如下：S1：制备表面具有微结构的基底：在支撑基材上放置具有粘弹性的预聚合基底，并在预聚合基底表面进行喷墨打印，得到表面具有微结构的柔性基底。步骤S1具体为：对粘弹性基底进行预固化，获得适于喷墨印刷微结构的流变性能。之后利用含有水溶性聚合物的溶液作为牺牲墨水在基底表面进行喷墨印刷，待墨水完全固化并利用去离子水洗涤喷墨印刷沉积的水溶性聚合物后，最终得到表面具有微结构形态的柔性基底，其具体示意如图3所示。此步骤中，固化的固化温度为70℃至80℃；固化的时间为30分钟至1小时。S2：制备微结构电极：对步骤S1得到的具有微结构的基底进行预处理，并在基底表面沉积导电层，得到柔性微结构电极；沉积导电层的步骤如图4所示，图4中的两幅图示出了沉积导电层前后的基底表面的结构。其中，步骤S2具体包括以下步骤：S21、对表面具有微结构的柔性基底采用空气等离子体或表面活性剂对基底表面进行接枝改性；S22、对接枝改性后的基底表面进行导电层沉积，得到柔性微结构电极。S3：制备电子皮肤传感器：在柔性微结构电极外部连接导线进行柔性测试及灵敏度测试，以制备符合使用要求的电子皮肤传感器。优选地，具有粘弹性的预聚合基底为二甲基硅氧烷等预聚体，将粘弹性预聚物前体旋涂在支撑基材上，进行预固化，预固化的环境温度为20℃至25℃；预固化的固化温度为70℃至80℃，预固化的固化时间为12分钟至15分钟。优选地，粘弹性预聚体为二甲基硅氧烷预聚体或其他粘弹性预聚体。优选地，含有水溶性聚合物的溶液为水溶性聚丙烯酸树脂等水溶性聚合物溶液。优选地，如图3所示，基底表面的微结构为微坑101、微槽102或交叉微槽103，微结构的宽度为8微米至10微米，微结构的深度为2微米至4微米。不同浓度的水溶性聚合物的溶液得到的微结构的尺寸不相同。优选地，支撑基材为粘弹性基底，例如，热塑性材料，如，PET、硅晶片或载玻片或其类似物。优选地，采用去离子水洗涤的目的在于，去掉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用喷墨印刷柔性微结构表面制备微结构电极的方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1：制备表面具有微结构的基底：在支撑基材上放置具有粘弹性的预聚合基底，并在预聚合基底表面进行喷墨印刷，得到表面具有微结构的柔性基底；S2：制备微结构电极：对步骤S1得到的具有微结构的柔性基底进行预处理，并在基底表面沉积导电层，得到柔性微结构电极。

【技术特征摘要】
1.一种利用喷墨印刷柔性微结构表面制备微结构电极的方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1：制备表面具有微结构的基底：在支撑基材上放置具有粘弹性的预聚合基底，并在预聚合基底表面进行喷墨印刷，得到表面具有微结构的柔性基底；S2：制备微结构电极：对步骤S1得到的具有微结构的柔性基底进行预处理，并在基底表面沉积导电层，得到柔性微结构电极。2.根据权利要求1所述的利用喷墨印刷柔性微结构表面制备微结构电极的方法，其特征在于，还包括S3：制备电子皮肤传感器：在柔性微结构电极外部连接导线进行柔性测试及灵敏度测试，以制备符合使用要求的电子皮肤传感器。3.根据权利要求1所述的利用喷墨印刷柔性微结构表面制备微结构电极的方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下子步骤：S11：对粘弹性基底进行预固化，获得适于喷墨印刷微结构的流变性能；S12：利用含有水溶性聚合物的溶液作为墨水在基底表面进行喷墨印刷，待墨水完全固化并利用去离子水洗涤喷墨印刷沉积的水溶性聚合物后，得到表面具有微结构形态的柔性基底。4.根据权利要求1所述的利用喷墨印刷柔性微结构表面制备微结构电极的方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：S21、对表面具有微结构的柔性基底采用空气等离子体或表面活性剂对基底表面进行接枝改性；S22、对接枝改性后的基底表面进行导电层沉积，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙加振，刘洋彬，孟丽娜，云成虎，李馨怡，褚夫强，李琪，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37