柔性压力传感制备方法及柔性压力传感器技术

柔性压力传感制备方法及柔性压力传感器，该方法包括，采用电喷法将氧化石墨烯分散液沉积于柔性基底上，并对沉积于柔性基底上的氧化石墨烯进行硅烷改性，制得的改性还原氧化石墨烯层内的改性还原氧化石墨烯呈片状、褶皱状和/或球状。本发明专利技术柔性压力传感器制备方法过程简单，其能够使得柔性压力传感器具有大量程、低密度、高力学稳定性等优点。

Preparation of flexible pressure sensor and flexible pressure sensor

【技术实现步骤摘要】
柔性压力传感制备方法及柔性压力传感器
本专利技术涉及柔性设备
，尤其是一种柔性压力传感制备方法及柔性压力传感器。
技术介绍
可穿戴传感器可实现人体多种指标的连续、无创检测，在现代医疗检测中正扮演越来越重要的角色。例如可在衣物中引入柔性压力传感器以监测心率、脉搏等生理信号，或在鞋中加入压力传感器以监测使用者的足底压力、步态并评估运动状态和损伤。近些年来，石墨烯这种二维纳米碳材料在压力传感器领域得到了较多的研究。石墨烯在压力传感器中可作为活性材料使用，与其它常用活性材料如金属纳米线、碳纳米管等相比，石墨烯具有高导电性、良好的组装性及结构可设计性等优点。将石墨烯与其它具有高力学稳定性的多孔弹性基体复合，是制备低密度、高稳定性压力传感器的有效方法。但目前常用的石墨烯与弹性基体复合的方法如浸渍法等，虽然可有效改善压力传感器的力学稳定性、柔性及弹性，但由于材料内部微纳结构相对简单，且缺乏针对性设计，所得传感器的灵敏度往往都较低。在传感材料中设计精细的微纳结构，如微沟纹型、半球型、金字塔型、互锁型等结构可大幅提高传感器的灵敏度。但一方面制备这种精细的微纳结构往往需要较复杂的工序且成本较高，不适于大规模制造；另一方面，这种以模板法为基础的微纳结构设计方法，难以在低密度基体的多孔结构中实现，所得传感材料密度往往较高。因此，利用简单而有效的方法调控多孔材料的内部微纳结构，对于高灵敏度、大量程、低密度、高力学稳定性的柔性压力传感器的制备及应用拓展具有十分重要的意义，也是目前的一个挑战。
技术实现思路
r>有鉴于此，本专利技术提供了一种柔性压力传感制备方法及柔性压力传感器，该制备方法过程简单，其能够使得柔性压力传感器具有大量程、低密度、高力学稳定性等优点。本专利技术提供了一种柔性压力传感器的制备方法，该方法包括如下步骤：提供氧化石墨烯分散液及柔性基底；将所述氧化石墨烯分散液采用电喷法沉积于所述柔性基底的表面上，在所述柔性基底的表面上形成氧化石墨烯层；对所述沉积于所述柔性基底上的氧化石墨烯层进行硅烷改性，得到改性还原氧化石墨烯层；将导线与所述柔性基底上的所述改性还原氧化石墨烯层的两端相连。进一步地，所述氧化石墨烯分散液的浓度为3-5mg/ml。进一步地，在所述电喷过程中，通过控制所述氧化石墨烯分散液溶剂内的添加剂、电喷时的温度、湿度、电场强度及接收距离，来对所述氧化石墨烯层内的氧化石墨烯的形貌进行控制。进一步地，所述氧化石墨烯层内的氧化石墨烯呈片状、褶皱状和/或球状。进一步地，采用所述电喷法将所述氧化石墨烯分散液沉积于所述柔性基底的表面上，电喷电压为10-30KV，流速为1-5mL/h，接收距离为5-15cm。进一步地，所述柔性基底为海绵。进一步地，在所述氧化石墨烯分散液内添加聚乙烯吡咯烷酮，以使在电喷步骤后，使得沉积在柔性基底表面上的所述氧化石墨烯层内的氧化石墨烯球形化。进一步地，对所述沉积于所述柔性基底上的氧化石墨烯层进行硅烷改性，包括：将沉积有所述氧化石墨烯层的所述柔性基底，以及盛有硅烷的容器同时放入密闭容器内；对密封后的所述密闭容器进行加热，使得所述硅烷挥发后与所述氧化石墨烯层发生反应；对所述密闭容器进行抽真空处理，以去除未反应的所述硅烷。本专利技术还提供了一种柔性压力传感器，该柔性压力传感器由上述的柔性压力传感器的制备方法制备而成。本专利技术还提供了一种柔性压力传感器，所述柔性压力传感器包括柔性基底、设置于所述柔性基底表面上的改性还原氧化石墨烯层，以及与所述改性还原氧化石墨烯层两端相连的导线，所述改性还原氧化石墨烯层内的改性还原氧化石墨烯呈片状、褶皱状和/或球状。综上所述，本专利技术首先利用电喷的方法将氧化石墨烯分散液喷涂于柔性基底的表面，这样就能够通过对电喷时环境因素的控制，较为简单地对沉积于柔性基底上的氧化石墨烯的形状加以控制，在经硅烷改性后，改性还原氧化石墨烯层内的改性还原氧化石墨烯就可以呈片状、褶皱状和/或球状，从而使本专利技术的柔性压力传感器其具有高灵敏度及大量程的优点，且其能够简化制作流程，节约成本，有利于大规模制造。通过硅烷改性氧化石墨烯，能够在还原氧化石墨烯的同时，提高改性还原氧化石墨烯层的力学性能。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图1所示为本专利技术实施例提供的柔性压力传感器制备方法的流程示意图。图2所示为本专利技术第一实施例中柔性压力传感器的截面结构示意图。图3所示为本专利技术第二实施例中柔性压力传感器的截面结构示意图。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。本专利技术提供了一种柔性压力传感制备方法及柔性压力传感器，该制备方法过程简单，其能够使得柔性压力传感器具有大量程、低密度、高力学稳定性等优点。图1所示为本专利技术实施例提供的柔性压力传感器制备方法的流程示意图。如图1所示，本专利技术实施例提供的柔性压力传感器制备方法包括如下步骤：S1：提供氧化石墨烯分散液及柔性基底10；S2：将氧化石墨烯分散液采用电喷法沉积于柔性基底10的表面上，在柔性基底10上形成氧化石墨烯层；S3：对沉积于柔性基底10上的氧化石墨烯层进行硅烷改性，得到改性还原氧化石墨烯层20；S4：将导线30与柔性基底10上的改性还原氧化石墨烯层20的两端相连，以形成柔性压力传感器。本实施例通过将氧化石墨烯分散液采用电喷法沉积于柔性基底10的表面上，当采用电喷法将氧化石墨烯分散液沉积于柔性基底10的表面上时，由于氧化石墨烯分散液内的氧化石墨烯沉积于柔性基底10上时的形状与电喷时的环境因素有关，因此，通过对电喷时环境因素的控制，就能够较为简单地根据需要对沉积于柔性基底10上的氧化石墨烯层内的氧化石墨烯的形状加以控制，在完成硅烷改性后，就可以使得沉积于柔性基底10上的改性还原氧化石墨烯呈现如片状、褶皱状或者球形等多种形态堆叠以形成改性还原氧化石墨烯微结构。该柔性压力传感器在受到较小的压力时，片状或褶皱程度较轻的改性还原氧化石墨烯就会产生形变，继而使得整个改性还原氧化石墨烯层20的电阻发生变化，以对压力进行响应，这能够提高该压力传感器的灵敏度；当该柔性压力传感器在受到更大的压力后，褶皱程度较大或球形的改性还原氧化石墨烯开始发生形变；随着压力的增大，整个改性还原氧化石墨烯层20均会发生形变，使得整个改性还原氧化石墨烯层20的电阻发生变化，以对较大的压力进行响应，这能够增大该压力传感器的量程。因此，该制备方法过程简单，其能够使得柔性压力传感器具有大量程、低密度、高力学稳定性等优点。进一步地，在本实施例中，柔性基底20可以为海绵，海绵基底能够通过海绵的多孔结构一方面增大压力传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：/n提供氧化石墨烯分散液及柔性基底；/n将所述氧化石墨烯分散液采用电喷法沉积于所述柔性基底的表面上，在所述柔性基底的表面上形成氧化石墨烯层；/n对所述沉积于所述柔性基底上的氧化石墨烯层进行硅烷改性，得到改性还原氧化石墨烯层；/n将导线与所述柔性基底上的所述改性还原氧化石墨烯层的两端相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
提供氧化石墨烯分散液及柔性基底；
将所述氧化石墨烯分散液采用电喷法沉积于所述柔性基底的表面上，在所述柔性基底的表面上形成氧化石墨烯层；
对所述沉积于所述柔性基底上的氧化石墨烯层进行硅烷改性，得到改性还原氧化石墨烯层；
将导线与所述柔性基底上的所述改性还原氧化石墨烯层的两端相连。


2.根据权利要求1所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯分散液的浓度为3-5mg/ml。


3.根据权利要求1所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：在所述电喷过程中，通过控制所述氧化石墨烯分散液溶剂内的添加剂、电喷时的温度、湿度、电场强度及接收距离，来对所述氧化石墨烯层内的氧化石墨烯的形貌进行控制。


4.根据权利要求1所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯层内的氧化石墨烯呈片状、褶皱状和/或球状。


5.根据权利要求1所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：采用所述电喷法将所述氧化石墨烯分散液沉积于所述柔性基底的表面上，电喷电压为10-30KV，流速为1-5mL/h，接收距离为5-15cm。

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，肖建亮，陈颖，
申请(专利权)人：浙江清华柔性电子技术研究院，清华大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33