一种制备全纸基全有机可折叠的聚吡咯压力传感器的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备全纸基全有机可折叠的聚吡咯压力传感器的方法，其特征在于具体步骤如下：（1）制备聚吡咯打印纸电极；（2）制备聚吡咯卫生纸敏感层；（3）利用叠层的方法制备聚吡咯纸基压力传感器；（4）利用手工裁剪或者折叠的方法制备二维孔洞或者三维立体压力传感器。其利用聚吡咯作为电极和敏感层，具有制备方法简易，低成本，绿色环保等优势，且能够进行折叠和裁剪形成，是一种二维孔洞或者三维立体的压力传感器。

【技术实现步骤摘要】
一种制备全纸基全有机可折叠的聚吡咯压力传感器的方法
本专利技术涉及一种全纸基全有机的导电聚合物压力传感器，特别涉及一种制备全纸基全有机可折叠的聚吡咯压力传感器的方法，属于有机电子领域。
技术介绍
基于电容，压阻，以及压电式的纸基压力传感器因其质量轻，低成本，高柔韧性，以及易于回收等优势已经被人们的广泛的关注和研究。在这其中，压阻式压力传感器因其结构简单，易于制备以及高灵敏度，且具有纸张轻便以及透气的特点，展示出了在人体运动以及生理信号监测方面的巨大优势。这类传感器典型的是利用金，钛金，以及银作为电极(Nat.Commun.2014,5,3132；ACSAppl.Mater.Interfaces2017,9,37921-37928)。然而，昂贵的金属电极会削弱纸基压力传感器的部分优势，如低成本，生物相容以及生物降解。同时，高温蒸镀金属电极是不利于柔性绿色电子设备的。所有的这一系列的问题限制了纸基压力传感器的独特优势，制作绿色可降解低成本的纸基压力传感器仍然是一个挑战性问题。纸基压力传感器的另一个挑战性问题是其可裁剪和可折叠性，这对于柔性器件的形状设计是非常重要的。通常来说，纸可以裁剪成为各种各样的形状，或者折叠成一些复杂的三维的结构。如果纸基压力传感器能够像纸一样被裁剪或者折叠成三维自支撑结构，那实际的器件将会与实际的物体(尤其是具有复杂图案或者孔洞的物体)更好的结合。尽管一些文献强调过剪纸与折纸对于纸基压力传感器的优势，而目前并没有文献报道过用剪纸的方法制备复杂的二维图案或者三维结构的纸基压力传感器，这主要由于器件装配方式的原因，比如折叠和裁剪的过程会被插枝电极的结构所限制；现有的压力传感器虽然有较好的性能，但其制备是通过光刻或者化学刻蚀的方法，这无疑是耗时耗费的。现有的纸基传感器虽然能够一定程度上解决这一问题，但其电极多采用金属电极，这限制了纸本身优势。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备全纸基全有机的可折叠的聚吡咯压力传感器的方法，其利用聚吡咯作为电极和敏感层，具有制备方法简易，低成本，绿色环保等优势，且能够进行折叠和裁剪形成，是一种二维孔洞或者三维立体的压力传感器。本专利技术提供的技术方案是这样实现的：一种制备全纸基全有机可折叠的聚吡咯压力传感器的方法，其特征在于具体步骤如下：(1)制备聚吡咯打印纸电极；(2)制备聚吡咯卫生纸敏感层；(3)利用叠层的方法制备聚吡咯纸基压力传感器；(4)利用手工裁剪或者折叠的方法制备二维孔洞或者三维立体压力传感器。上述方法的步骤(1)中，选用商用打印纸为电极衬底，可采用化学氧化法制备高导电性聚吡咯电极纸，所述合成条件如下：将打印纸裁剪为10cm×10cm，将1.8mL聚吡咯的单体置于20mL二次去离子水中，之后机械搅拌使其均匀备用，搅拌的时间为3h；将1200mg氯化铁置于40mL二次去离子水中，机械搅拌均匀备用，搅拌时间为3h；将上述两种溶液混合，并将裁剪好的打印纸浸入反应的混合溶液中，反应时间可为2-5h，具体可为3h；反应后将作为电极衬底的打印纸取出清洗干净并烘干备用；上述方法的步骤(2)中，选用商用卫生纸为敏感层衬底，可利用化学氧化法合成低导电性的聚吡咯卫生纸，具体合成条件如下：将卫生纸裁剪为10cm×10cm，将0.6mL聚吡咯的单体置于20mL二次去离子水中，之后机械搅拌使其均匀备用，搅拌时间为3h；将400mg氯化铁置于40mL二次去离子水中，机械搅拌使其均匀备用，搅拌时间为3h；将上述两种溶液混合，将卫生纸浸入反应的混合溶液中，反应时间可为5或10或30分钟，具体为10分钟，反应后将衬底取出烘干备用；上述方法的步骤(3)中，将聚吡咯卫生纸剪切成1.2cm×1.2cm，将三层聚吡咯卫生纸叠合，在多层敏感层上下部分分别叠合聚吡咯电极打印纸(1cm×3cm)，之后利用PI或者双面胶进行封装；由上述任一项所述的方法制备得到的聚吡咯纸基压力传感器，也在本专利技术的保护范围内。进一步提供了聚吡咯压力传感器的传感性能。进一步提供了聚吡咯压力传感器在人体探测领域的应用。进一步提供了全纸基的压力传感器阵列在多点触控识别以及轨迹监测的应用。进一步提供了聚吡咯压力传感器在可裁剪和可折叠方面的应用。本专利技术的积极效果是：(1)本专利技术能够提供一种全有机全纸基压力传感器的装配方法；(2)本专利技术制备的压力传感器具有低成本，室温加工，且利用一种材料同时用作敏感层与电极；(3)本专利技术制备获得的压力传感器具有灵敏度高且探测范围广的优势；(4)本专利技术制备获得的压力传感器能够探测出一些重要的人体生理信号以及运动状态；(5)本专利技术制备获得压力传感器阵列能够实现多点触控以及轨迹识别；(6)本专利技术提供的全纸基压力传感器方法，可通过裁剪或者折叠的方法形成二维孔洞传感器或者三维自支撑传感器。附图说明图1为实施例1-3中制备全有机全纸基聚吡咯压力传感器的示意图。图2为制备获得聚吡咯打印纸电极的SEM图像及聚吡咯打印纸电极作为导线来驱动LED灯的图像。图3为实施例1中制备获得的全有机全纸基聚吡咯压力传感器敏感层部分的SEM的图像。图4为实施例3中制备获得的全有机全纸基聚吡咯压力传感器传感性能。图5a为全有机全纸基聚吡咯压力传感器对于人体生理信号以及运动的探测。图5b为对于声音探测的展示图像。图5c是一个典型的纸基压力传感器贴合到胸部对呼吸的探测。图5d是对于脉搏的探测。图5e是对人运动时拳头放松与攥紧的探测图5f是一个典型的压力传感器贴在人脚掌之上对于不同地面的感知图6为全纸基压力传感器阵列的示意图。图7a为典型的二维孔洞压力传感器的构筑过程以及对压力的响应。图7b为典型的三维立体压力传感器的构筑过程以及对压力的响应。具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1、制备全有机全纸基聚吡咯压力传感器的电极部分按照图1所示流程示意图制备全有机全纸基聚吡咯压力传感器电极部分，步骤如下：选用商用打印纸为电极衬底,将打印纸裁剪为10cm×10cm。将1.8mL聚吡咯的单体置于20mL二次去离子水中，之后机械搅拌使其均匀(搅拌的时间为3h)。将1200mg氯化铁置于40ml二次去离子水中，机械搅拌均匀(搅拌时间为3h)。将上述两种溶液混合，将打印纸浸入反应溶液中。反应时间为3h。反应后将衬底清洗并烘干。本专利技术制备获得的聚吡咯电极，保持了打印纸原有致密的纤维结构，且导电性良好。图1上部分为制备聚吡咯电极的示意图，图2为制备获得聚吡咯打印纸电极的SEM图像，可以看出经过合成之后聚吡咯后，打印纸原有的形貌不会发生改变，图2为聚吡咯打印纸电极作为导线来驱动LED灯，可以看出聚吡咯打印纸具有良好的导电性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备全纸基全有机可折叠的聚吡咯压力传感器的方法，其特征在于具体步骤如下：/n（1）制备聚吡咯打印纸电极；/n（2）制备聚吡咯卫生纸敏感层；/n（3）利用叠层的方法制备聚吡咯纸基压力传感器；/n（4）利用手工裁剪或者折叠的方法制备二维孔洞或者三维立体压力传感器。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备全纸基全有机可折叠的聚吡咯压力传感器的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）制备聚吡咯打印纸电极；
（2）制备聚吡咯卫生纸敏感层；
（3）利用叠层的方法制备聚吡咯纸基压力传感器；
（4）利用手工裁剪或者折叠的方法制备二维孔洞或者三维立体压力传感器。


2.根据权利要求1所述的一种制备全纸基全有机可折叠的聚吡咯压力传感器的方法，其特征在于所述的步骤（1）中，选用商用打印纸为电极衬底，可采用化学氧化法制备高导电性聚吡咯电极纸，所述合成条件如下：
将打印纸裁剪为10cm×10cm，将1.8mL聚吡咯的单体置于20mL二次去离子水中，之后机械搅拌使其均匀备用，搅拌的时间为3h；将1200mg氯化铁置于40mL二次去离子水中，机械搅拌均匀备用，搅拌时间为3h；将上述两种溶液混合，并将裁剪好的打印纸浸入反应的混合溶液中，反应时间可为2-5h，具体可为3h；反应后将作为电极衬底的打印纸取出清洗干净并烘...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤庆鑫，童艳红，刘益春，赵晓丽，赵鹏飞，张睿敏，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22