柔性导电复合膜及其制备方法、柔性压力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术属于传感器技术领域，涉及一种柔性导电复合膜及其制备方法、柔性压力传感器及其制备方法。所述导电复合膜包括依次层叠设置的第一基底、第一导电层、第二导电层和第二基底；所述第一基底与第一导电层相接触的一侧为凸起结构，所述第一导电层为凸起结构；所述第二基底与第二导电层相接触的一侧为凸起结构，所述第二导电层为凸起结构；所述第一导电层和第二导电层面对面接触。采用该导电复合膜的压力传感器具有高灵敏度、快速响应时间和良好的稳定性等特点。本发明专利技术克服了柔性传感器导电层制备成本高、易脱落等弊端，制备方法简单易行，可大量生产。

【技术实现步骤摘要】
柔性导电复合膜及其制备方法、柔性压力传感器及其制备方法
本专利技术涉及到传感器
，涉及一种导电复合膜及其制备方法、压力传感器及其制备方法，尤其涉及一种柔性导电复合膜及其制备方法、柔性压力传感器及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着物联网、可穿戴电子、智能机器人和健康医疗等产业的快速发展，柔性电子技术得到了前所未有的关注。柔性压力传感器是一类十分重要的信息传输与采集的电子器件，能够将外界压力刺激转化为电学、光学等可以直接测量的信号，并通过这些响应信号反映外界压力的大小和分布，因其优异的压力传感性能和良好的柔韧性，在电子皮肤、智能假肢、人机接口、医疗诊断与运动行为监测等方面发挥重要作用，成为当前柔性电子材料与器件主要研究热点之一。导电层是柔性传感器的重要组成部分之一，金属纳米线、碳纳米管、石墨烯等导电纳米材料在柔性电极中的应用和微纳加工技术的进步，极大地提高了柔性压力传感器的灵敏度、响应稳定性等综合响应性能，从而进一步拓展了柔性压力传感器的应用范围。现有的柔性压力传感器的导电层制备都是基于传统的磁控溅射的方法或旋涂导电纳米材料。溅射法需要昂贵的设备与金属靶材，旋涂法则存在导电层与柔性基底结合力弱等问题，导致传感器的性能稳定性与可靠性差。CN108195491A公开了一种柔性压力传感器，包括依次层叠设置的第一柔性基底、第一柔性导电层、第二柔性导电层和第二柔性基底，所述第一柔性导电层包括周期性排列的第一凸起阵列，所述第二柔性导电层包括周期性排列的第二凸起阵列，且所述第一凸起阵列和所述第二凸起阵列相邻设置；所述第一柔性导电层和所述第二柔性导电层均含有导电复合材料。该柔性压力传感器具有高灵敏度、快速的响应时间和良好的稳定性的特点。但是，该结构的导电层采用磁控溅射喷金的方法制备，该方法涉及的设备成本昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种导电复合膜及其制备方法、压力传感器及其制备方法，尤其涉及一种柔性导电复合膜及其制备方法、柔性压力传感器及其制备方法。本专利技术的导电复合膜和压力传感器中，导电层的凸起结构面对面接触，本专利技术的压力传感器(比如柔性压力传感器)灵敏度高、快速响应并具有良好的稳定性，且本专利技术采用化学还原的方法制备导电层，极大的降低了制备成本。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种导电复合膜，所述导电复合膜包括依次层叠设置的第一基底、第一导电层、第二导电层和第二基底；所述第一基底与第一导电层相接触的一侧为凸起结构，所述第一导电层为凸起结构；所述第二基底与第二导电层相接触的一侧为凸起结构，所述第二导电层为凸起结构；所述第一导电层和第二导电层面对面接触。本专利技术的导电复合膜中，凸起结构优选阵列形式，第一导电层和第二导电层均为凸起结构，二者形成导电结构，且凸起结构的第一导电层和凸起结构的第二导电层相邻设置，这样的导电结构既可导电又对压力及其敏感，同时第一基底和第二基底又可以对器件起到制成稳定的作用，该导电复合膜应用于压力传感器具有高灵敏度、快速的相应时间和良好的稳定性的特点。优选地，所述导电复合膜为柔性导电复合膜，所述柔性导电复合膜中的基底和导电层均为柔性材料。优选地，所述第一基底的凸起结构和第二基底的凸起结构均为凸起微结构，所述凸起微结构的形状包括但不限于圆柱形，圆锥形，倒金字塔形或半球形中的任意一种或至少两种的组合。本专利技术对凸起微结构的形态不作限定，可以是随机分布的结构，也可以是具有特定的形貌和尺寸的结构。优选地，所述凸起微结构由表面含有微结构的模板物体复制得到。优选地，所述表面含有微结构的模板物体包括但不限于砂纸、植物叶、人造硅模板、花瓣或贝壳中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述砂纸的目数为180-2000目，例如180目、220目、240目、280目、320目、360目、400目、500目、600目、800目、1000目、2000目等。优选地，所述第一基底和第二基底的凸起微结构由同一模板物质复制得到。所述第一基底和第二基底为聚合物，独立地包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)或聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物(SIS)的任意一种或至少两种的混合物。优选地，所述第一基底和第二基底的硬度独立地为邵氏硬度0A至100A，例如0A、10A、20A、30A、40A、50A、60A、65A、75A、85A、90A或100A等。优选地，所述第一导电层和第二导电层通过金属原位还原的方法得到。优选地，所述第一导电层和第二导电层均由导电纳米颗粒组成。优选地，所述导电纳米颗粒的粒径为10-500nm，例如10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、80nm、100nm、115nm、130nm、150nm、170nm、185nm、200nm、225nm、260nm、285nm、300nm、330nm、360nm、400nm、425nm、450nm、480nm或500nm等。第二方面，本专利技术提供一种压力传感器，所述压力传感器包括第一方面所述的导电复合膜及通过导线引出的电极，所述导线连接在第一导电层和第二导电层的两端。第三方面，本专利技术提供如第一方面所述的导电复合膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)采用聚合物溶液分别覆盖模板物体的表面，干燥后剥离，得到表面具有凸起结构的第一基底和表面具有凸起结构的第二基底；(2)采用含有三氟乙酸银的醇溶液，通过金属原位还原的方法，在第一基底的凸起结构一侧生长导电纳米颗粒从而形成凸起结构的第一导电层，在第二基底的凸起结构一侧生长导电纳米颗粒从而形成凸起结构的第二导电层；(3)将第一基底上的凸起结构第一导电层与第二基底上的凸起结构第二导电层相对接触设置，得到导电复合膜；步骤(1)所述聚合物溶液中的聚合物包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)或聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物(SIS)中的任意一种或至少两种的混合物。本专利技术的方法中，首先利用砂纸、植物叶、或人造硅模板等为复制对象，采用苯乙烯类共聚物来复制模板的微结构，然后在微结构化的聚合物表面利用金属原位还原的方法制备导电层，得到带有微结构的柔性导电薄膜。利用了苯乙烯类共聚物的浅表层在三氟乙酸银溶液中能够溶胀的特性(该原理可参见文献：Highlystretchableelectriccircuitsfromacompositematerialofsilvernanoparticlesandelastomericfibres,MinwooPark,JungkyunIm,MinkwanShin等,naturenanotechnology,vol7,第803-809页)，当银离子被还原时，可以在聚合物表面及浅表层内生成纳米银颗粒，显著提高了纳米银颗粒与聚合物表面的结合力，形成稳定的导电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导电复合膜，其特征在于，所述导电复合膜包括依次层叠设置的第一基底、第一导电层、第二导电层和第二基底；/n所述第一基底与第一导电层相接触的一侧为凸起结构，所述第一导电层为凸起结构；/n所述第二基底与第二导电层相接触的一侧为凸起结构，所述第二导电层为凸起结构；/n所述第一导电层和第二导电层面对面接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种导电复合膜，其特征在于，所述导电复合膜包括依次层叠设置的第一基底、第一导电层、第二导电层和第二基底；
所述第一基底与第一导电层相接触的一侧为凸起结构，所述第一导电层为凸起结构；
所述第二基底与第二导电层相接触的一侧为凸起结构，所述第二导电层为凸起结构；
所述第一导电层和第二导电层面对面接触。


2.根据权利要求1所述的导电复合膜，其特征在于，所述导电复合膜为柔性导电复合膜，所述柔性导电复合膜中的基底和导电层均为柔性材料；
优选地，所述第一基底的凸起结构和第二基底的凸起结构均为凸起微结构，所述凸起微结构的形状包括圆柱形、圆锥形、倒金字塔形或半球形中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述凸起微结构选自随机分布的结构，或具有特定的形貌和尺寸的结构；
优选地，所述凸起微结构由表面含有微结构的模板物体复制得到；
优选地，所述表面含有微结构的模板物体包括砂纸、植物叶、人造硅模板、花瓣或贝壳中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述砂纸的目数为180-2000目；
优选地，所述第一基底和第二基底的凸起微结构由同一模板物质复制得到。


3.根据权利要求1或2所述的导电复合膜，其特征在于，所述第一基底和第二基底为聚合物，独立地包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)或聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物(SIS)的任意一种或至少两种的混合物；
优选地，所述第一基底和第二基底的硬度独立地为邵氏硬度0A至100A；
优选地，所述第一导电层和第二导电层通过金属原位还原的方法得到；
优选地，所述第一导电层和第二导电层均由导电纳米颗粒组成；
优选地，所述导电纳米颗粒为银纳米颗粒，所述导电纳米颗粒的粒径为10-500nm。


4.一种压力传感器，其特征在于，所述压力传感器包括权利要求1-3任一项所述的导电复合膜及通过导线引出的电极，所述导线连接在第一导电层和第二导电层的两端。


5.根据权利要求1-3任一项所述的导电复合膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)采用聚合物溶液分别覆盖模板物体的表面，干燥后剥离，得到表面具有凸起结构的第一基底和表面具有凸起结构的第二基底；
(2)采用含有三氟乙酸银的醇溶液，通过金属原位还原的方法，在第一基底的凸起结构一侧生长导电纳米颗粒从而形成凸起结构的第一导电层，在第二基底的凸起结构一侧生长导电纳米颗粒从而形成凸起结构的第二导电层；
(3)将第一基底上的凸起结构第一导电层与第二基底上的凸起结构第二导电层相对接触设置，得到导电复合膜；
步骤(1)所述聚合物溶液中的聚合物包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)或聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物(SIS)中的任意一种或至少两种的混合物。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述聚合物溶液中的溶剂包括甲苯和/或乙酸乙酯；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡友根，熊耀旭，沈友康，刘学斌，朱朋莉，孙蓉，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44