一种直接印刷柔性压敏材料的方法技术

本发明专利技术涉及传感器技术领域，公开了一种直接印刷柔性压敏材料的方法。该方法包括以下步骤：（1）柔性压敏材料的制备：将导电粒子、硅烷偶联剂和纳米改性材料加入稀释溶剂中，搅拌并超声分散后加入室温硫化硅橡胶，搅拌成粘稠溶液，干燥后得到柔性压敏材料；（2）将柔性压敏材料用丝网版图刷到物体表面。本发明专利技术的直接印刷柔性压敏材料的方法能够制备大面积，高密度，低成本的柔性压力传感器阵列，制得的复合压敏材料的导电性能好，表面光滑平整、无裂纹，印刷时不会出现糊网。

A direct printing method of flexible pressure-sensitive materials

【技术实现步骤摘要】
一种直接印刷柔性压敏材料的方法
本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种直接印刷柔性压敏材料的方法。
技术介绍
近年来，人们对新型微结构化柔性传感器的研究，使得传感器的灵敏度不断提升，体积不断减小。虽然柔性压力传感器技术近年来得到了长足的发展，但是大面积柔性阵列传感器的研究较少。在大面积集成应用中，目前基于涂覆工艺的传感器，材料利用率低，存在一定的问题。再者成本过高，特别是软光刻工艺的应用。其次就是效率过低，大面积集成，仅仅是单个传感器的重复安装制作，如果阵列密度较高，效率太低，制备难度过大，成本较高，限制它的应用。中国专利技术专利申请号为CN201410058694.4的专利，公开了一种具有过流保护功能的静电抑制器以及制作方法，其制备方法包括以下步骤：选取陶瓷基板；在陶瓷基板上、下两面分别印刷形成正面电极和背面电极，并烘干；在陶瓷基板上、下两面或其中一面印刷形成上表面电极，并烘干；烧结以上电极；表面电极上方分别印刷形成绝缘层；烧结绝缘层；切割表面电极和绝缘层形成间隙；印刷压敏材料层填充间隙，并固化；印刷1保护层，并固化；形成熔体层；印刷2保护层并固化；一次分割；形成侧面内层电极；二次分割；形成铜内层电极；电镀形成镍镀层和锡镀层，得到所述具有过流保护功能的静电抑制器。然而，该方法操作复杂，无法获得大面积，高密度，低成本的柔性压力传感器阵列。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种直接印刷柔性压敏材料的方法。本专利技术的直接印刷柔性压敏材料的方法能够制备大面积，高密度，低成本的柔性压力传感器阵列，制得的复合压敏材料的导电性能好，表面光滑平整、无裂纹，印刷时不会出现糊网。本专利技术的具体技术方案为：一种直接印刷柔性压敏材料的方法，包括以下步骤：(1)柔性压敏材料的制备：将1～11重量份导电粒子、3～15重量份硅烷偶联剂和1～5重量份纳米改性材料加入160～200重量份稀释溶剂中，搅拌后进行超声分散，得到导电溶液；将90～110重量份室温硫化硅橡胶加入导电溶液中，搅拌成粘稠溶液，得到混合溶液，干燥、去除气泡和未完全挥发的稀释溶剂，得到柔性压敏材料；(2)用刮板将步骤(1)制得的柔性压敏材料用丝网版图刷到物体表面。为了实现大面积高密度柔性传感器阵列，以往的方式，大多采用重复制作，虽然能够实现传感器的大面积制备，但是效率低下，且工艺也相对繁杂。针对当前大面积柔性压力传感器阵列存在的问题，本专利技术提出了以印刷电子工艺制备大面积柔性压力传感器阵列，研究了直接印刷柔性压敏材料的方法。测试表明，所得传感器阵列能够实现大面积的压力感知。采用印刷电子工艺，能够制备大面积，高密度，低成本的柔性压力传感器阵列。压敏材料是由导电粒子填充于硅橡胶基体中，经一系列工艺复合加工而成。任何高分子聚合物中掺杂导电粒子都将具有一定的导电性从而具有一定的压敏性能。但是不同的基体材料，不同的导电粒子，不同的制备工艺等因素都会对复合材料的压敏性能产生较大影响，即便是同样的基体和导电粒子，不同的质量比，最终的复合材料的压敏性能都可能会有较大的差距。高分子聚合物的作用是将导电粒子固定在聚合物内部，并且为复合材料提供良好的柔韧性，机械性，可加工性等，同时高分子材料的性能对最终压敏材料的耐热，耐老化性都有极大的影响。由于不同类型聚合物的物理性能有较大差异，因此对聚合物的选择也对复合材料的最终性能有一定的影响。从微观角度，基体分子侧基的性质和数量，分子主链的柔顺度，结晶性，聚合度等都会对复合材料的导电性产生影响。分子的运动能力决定于主链的柔顺性，一般来说，聚合物的结晶度越大，聚合度越高，导电性越好，但是聚合度越高又会降低材料的相容性。本专利技术硅橡胶基体粘度的大小将直接影响复合材料的网版透过率，表干时间也将影响印刷过程的可操作时间，网版材料选用木框尼龙线。导电粒子填充量较低时，复合材料的电导率较低，微观结构上，主要表现为导电粒子在聚合物中，彼此的接触较少。复合材料表现出高分子聚合物的绝缘性。随着导电粒子填充量的增加，当达到渗流阈值时，导电填料的相互接触急速增加，在聚合物内部形成大量的导电通道，使绝缘性的聚合物变成了导体。稀释溶剂的挥发速度需要与硅橡胶基质的固化速度匹配。当稀释溶剂的挥发速率与硅橡胶固化的速度不匹配时，样品容易产生开裂或产生气泡。溶剂的用量对复合材料的性能也有较大的影响，当添加量过小，复合材料的粘度过大，导电粒子无法得到充分的分散，复合材料的压敏性能会受到较大影响；添加量过大时，过量的溶剂分散的待固化的复合材料中，影响材料的固化速度和最终成型材料的收缩率。当导电粒子浓度过低时，复合材料能够很好的透过网版，由于材料的流动性较好，粘度较低，透过网板的复合材料量较多，由于硅橡胶的表干时间较长，材料在薄膜上依然具有一定的流动性，在外界因素的影响下，容易出现一定程序的膜厚不均匀。当导电粒子浓度过高时，复合材料的粘度变大，流动性变差，材料透网能力变差，在多次印刷干燥后，复合压敏层表面较粗糙，厚度也非常不均匀，甚至会出现空隙。作为优选，所述丝网版图刷为用刮板将柔性压敏材料通过孔径目数为150～250目的丝网版涂刷到物体表面。丝网版的孔径目数过低时，由于网孔过大，透过的复合材料量过多，致使在刮板印刷时，过量的材料无法迅速均匀的分散开，容易导致糊面的出现。当丝网版的孔径目数过高时，由于网孔较小，每次印刷能透过网板的复合材料量有限，由于透过的量过小，复合材料无法均匀的涂布于电极上，印刷后的压敏层容易出现一定的间隙即便多次印刷，膜厚依然较低，会对传感器的良品率产生极大的影响。当丝网版的孔径目数为150～250目时，复合压敏层表面光滑，厚度适中，具有较好的印刷效果。作为优选，步骤(2)中，所述刮板与丝网版的夹角为20～75度。当刮板与丝网版的夹角为20～75度时制得的压敏层厚度均匀，良品率高。作为优选，所述室温硫化硅橡胶的表干时间为1.5～3h，粘度为4000～5000CP。表干时间过短时，印刷可操作时间不足，在印刷时，由于网版与刮刀之间的摩擦，增大了复合材料与空气的接触面积，同时导致一定的发热现象，会加速硅橡胶的固化，降低液态复合材料的流动性能，导致黏附于网版上的复合材料固化堵塞网孔，严重影响复合材料的印刷质量。因此在制备用于印刷的复合材料时，硅橡胶基体的硫化时间是一个重要的性能参数。当基体的初始粘度过大时，不得不增加溶剂用量以提升复合材料的流动性，提高印刷质量，但是随着溶剂含量的提升，印刷传感器固化后存在一定的间隙，这将导致上下电极的直接接触，致使传感器失效，必须进行两到三次的重复印刷。并且由于溶剂的含量较大，在消除了间隙的情况下，最终的复合压敏层还是存在表面不够光滑等问题。作为优选，所述纳米改性材料为粒径为15～25nm的SiO2或改性SiO2，改性SiO2的制备方法包括以下步骤：a)将粒径为15～25nm的SiO2加入甲苯中，超声分散成均匀的悬浮液；b)将硅烷偶联剂加入到步骤(a)得到的悬浮液中，超声混合后进行接枝反应，离心、干燥后得到改性SiO2。步骤(a)中，将SiO2加入甲苯中超声分散成均匀的悬浮液所用的超声分散为现有技术，非是本专利技术的创造点所在。本专利技术改性后的SiO2粒径均匀，不易团聚，同时能够增大其与硅橡胶的相容性。作为优选，所述SiO2、硅烷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直接印刷柔性压敏材料的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）柔性压敏材料的制备：将1~11重量份导电粒子、3~15重量份硅烷偶联剂和1~5重量份纳米改性材料加入160~200重量份稀释溶剂中，搅拌后进行超声分散，得到导电溶液；将90~110重量份室温硫化硅橡胶加入导电溶液中，搅拌成粘稠溶液，得到混合溶液，干燥后得到柔性压敏材料；（2）将步骤（1）制得的柔性压敏材料用丝网版图刷到物体表面。

【技术特征摘要】
1.一种直接印刷柔性压敏材料的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）柔性压敏材料的制备：将1~11重量份导电粒子、3~15重量份硅烷偶联剂和1~5重量份纳米改性材料加入160~200重量份稀释溶剂中，搅拌后进行超声分散，得到导电溶液；将90~110重量份室温硫化硅橡胶加入导电溶液中，搅拌成粘稠溶液，得到混合溶液，干燥后得到柔性压敏材料；（2）将步骤（1）制得的柔性压敏材料用丝网版图刷到物体表面。2.如权利要求1所述的一种直接印刷柔性压敏材料的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述丝网版图刷为用刮板将柔性压敏材料通过孔径目数为150~250目的丝网版涂刷到物体表面。3.如权利要求2所述的一种直接印刷柔性压敏材料的方法，其特征在于：所述刮板与丝网版的夹角为20~75度。4.如权利要求1所述的一种直接印刷柔性压敏材料的方法，其特征在于：所述室温硫化硅橡胶的表干时间为1.5~3h，粘度为4000~5000CP。5.如权利要求1所述的一种直接印刷柔性压敏材料的方法，其特征在于：所述纳米改性材料为粒径为15~25nm的SiO2或改性SiO2，所述改性SiO2的制备方法包括以下步骤：a）将SiO2加入甲苯中...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志望，
申请(专利权)人：绍兴文理学院元培学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33