一种柔性智能应力应变传感器电极及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种柔性智能应力应变传感器电极及其制作方法，该柔性智能应力应变传感器电极包括：柔性高分子层和与所述柔性高分子层融和连接在一起的石墨烯层，所述石墨烯层的一面为直立石墨烯结构，所述直立石墨烯结构融和于所述柔性高分子层内；所述石墨烯层为经过图形化设计后在所述柔性高分子层上形成的导通线路。本发明专利技术的柔性智能应力应变传感器电极，采用柔性的高分子层作为基底层，柔性高分子层上具有石墨烯层形成的导通线路，电极的拉伸比和应变敏感性强，适用于多种超薄电子设备中。本发明专利技术的制作方法，使石墨烯层的直立石墨烯结构与柔性高分子层有机融合在一起，形成类似手风琴的结构，电极结构稳定，使用寿命长，其图形化处理精度高，满足了微型电极的使用需求。满足了微型电极的使用需求。满足了微型电极的使用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性智能应力应变传感器电极及其制作方法


[0001]本专利技术涉及传感器电极
，尤其涉及一种柔性智能应力应变传感器电极及其制作方法。

技术介绍

[0002]传统的应力应变电极的只能在拉伸比和GF值的其中一方面表现比较突出，二者不能兼顾，如有些电极GF值很高，但是拉伸比很小，只能达到5％，有些电极拉伸比很高，但是GF值很低，只能达到几百。石墨烯独特的二维结构使它对周围的环境非常敏感，因此成为传感器电极的理想材料。而现有的柔性石墨烯应力应变电极也存在厚度过大、拉伸比低、以及应变敏感性差的问题，且其制作方法面临工艺复杂，难以工业化批量生产的难题。

技术实现思路

[0003]为解决以上存在的技术问题，本专利技术提供一种柔性智能应力应变传感器电极及其制作方法，本专利技术的柔性智能应力应变传感器成功兼顾拉伸比和GF值，两方面性能均表现优异。且制作工艺简便，适宜工业化批量生产。
[0004]本专利技术的技术方案具体如下：
[0005]首先，本专利技术提供了一种柔性智能应力应变传感器电极，包括：柔性高分子层和与所述柔性高分子层融和连接在一起的石墨烯层，所述石墨烯层的一面为直立石墨烯结构，另一面为平面石墨烯结构，所述直立石墨烯结构融和于所述柔性高分子层内；所述石墨烯层为图形化设计，所述石墨烯层经过图形化设计后在所述柔性高分子层上形成导通线路。
[0006]进一步地，所述柔性高分子层为高分子聚合物，所述柔性高分子层的厚度为0.1
‑
500μm。
[0007]进一步地，所述柔性高分子层为PVDF、PS、PE、PDMS、PMMA、Nafion、PEO、PP、PVC、PVB、PES、PA、PI、PO、PC、PU、PTFE、PAN、PANI、PEDOT、PT、Polyfluorene、PVDC、PET、PPS、ABS、环氧树脂中的至少一种。
[0008]进一步地，所述平面石墨烯结构的厚度为2
‑
30nm，所述直立石墨烯结构的厚度为1
‑
50μm。
[0009]进一步地，所述传感器电极的拉伸比大于等于200％，GF值为22000以上。
[0010]其次，本专利技术还提供一种以上所述的柔性智能应力应变传感器电极的制作方法，包括以下步骤：
[0011]在衬底表面生长石墨烯层，所述石墨烯层具有直立石墨烯结构；
[0012]在生长完的石墨烯层表面涂覆成膜液；
[0013]将成膜液固化形成柔性高分子层，所述柔性高分子层与所述石墨烯层融和在一起形成直立石墨烯高分子膜；
[0014]将所述直立石墨烯高分子膜从所述衬底上剥离；
[0015]将剥离的直立石墨烯高分子膜进行图形化处理，图形化处理后的石墨烯层在所述
柔性高分子层上形成导通线路。
[0016]进一步地，所述衬底为高导电碳纸、抛光硅晶片、抛光石英片、氧化镁、二氧化硅、三氧化二铝、氮化铝中的一种。
[0017]进一步地，将所述石墨烯层图形化处理的方法包括：激光雕刻、机械雕刻、化学蚀刻、等离子体蚀刻、光刻中的一种或多种。
[0018]进一步地，所述图形化处理的最小宽度为40
‑
60μm，图形化处理的精度为1
‑
10μm。
[0019]进一步地，所述图形化处理的深度比所述直立石墨烯结构的厚度大0
‑
100μm。
[0020]采用上述方案，本专利技术提供一种柔性智能应力应变传感器电极，其具有以下有益效果：
[0021](1)本专利技术的柔性智能应力应变传感器电极，采用柔性的高分子层作为基底层，柔性高分子层上具有石墨烯层形成的导通线路，电极的拉伸比和应变敏感性强，适用于多种超薄电子设备中。
[0022](2)本专利技术的制作方法，使石墨烯层的直立石墨烯结构与柔性高分子层有机融合在一起，形成类似手风琴的结构，电极结构稳定，使用寿命长。
[0023](3)本专利技术的制作方法对石墨烯层进行图像化处理形成导通线路，其图形化处理精度可达到1
‑
10nm，精度高，满足了微型电极的使用需求。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的柔性智能应力应变传感器电极的剖面示意图。
[0025]图2为本专利技术的柔性智能应力应变传感器电极的法的流程示意图。
[0026]图3为本专利技术的柔性智能应力应变传感器电极在显微镜下放大100倍后的平面示意图。
[0027]附图中的标号：
[0028]柔性高分子层10、石墨烯层20、直立石墨烯结构21、
[0029]平面石墨烯结构22
具体实施方式
[0030]以下结合附图和具体实施例，对本专利技术进行详细说明。
[0031]如图1所示，为本专利技术的一种柔性智能应力应变传感器电极包括：柔性高分子层10和石墨烯层20，所述石墨烯层20经过图形化设计后，在所述柔性高分子层10上形成导通线路，当电极发生形变时，随着形变量的不同，电极表现出不同的电阻值，且该电阻值变化可高达几百倍，可大大提高电极的灵敏度。应力应变传感器的基本原理是将器件的应变变化转化为电信号进行输出，从而用于监测引起应变的应力信号，其最主要的性能参数包括灵敏度，通常用Gage factor(GF)来表示。一般在其他的柔性应力应变传感器中GF值达到100以上就有较高的灵敏度。本专利技术的具有直立石墨烯结构的柔性智能应力应变传感器电极的GF值达22000以上，性能远远高于现有技术，其应用于各类高性能柔性应变传感器中，实现精细化检测。同时拉伸比也达到大于等于200％，解决了本领域内GF值和拉伸比二者性能不能兼顾的难题，具有优异的应力应变性能。具体的，所述石墨烯层20的一面为直立石墨烯结构21，另一面为平面石墨烯结构22，所述直立石墨烯结构21有机融合于所述柔性高分子层
10内，形成类似手风琴的结构，当电极发生形变时，直立石墨烯结构21部分像手风琴一样连接并随电极产生形变，导致电阻值变化，实现电极的检测功能。优选的，所述平面石墨烯结构22的厚度为2
‑
30nm，所述直立石墨烯结构21的厚度为1
‑
50μm。如图3所示，为本专利技术的柔性智能应力应变传感器电极在显微镜下放大100倍后的平面图，其中中间有裂纹样图案的部分为电极上的导通线路部分，即具有石墨烯层的部分，而其下方空白处为刻蚀掉石墨烯层仅有高分子层的部分。
[0032]本实施例中的高分子层10为高分子聚合物材质，其厚度控制在0.1
‑
500μm之间，保证电极的轻薄性。优选的，该高分子聚合物为PVDF、PS、PE、PDMS、PMMA、Nafion、PEO、PP、PVC、PVB、PES、PA、PI、PO、PC、PU、PTFE、PAN、PANI、PEDOT、PT、Polyfluorene、PVDC、PET、PPS、ABS、环氧树脂中的一种或多种。制成的电极抗拉伸性能良好，拉伸比可超过200％，可应用于新一代传感器设备中。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性智能应力应变传感器电极，其特征在于，包括：柔性高分子层和与所述柔性高分子层融和连接在一起的石墨烯层，所述石墨烯层的一面为直立石墨烯结构，所述石墨烯层的直立石墨烯结构和所述柔性高分子层融和在一起；所述石墨烯层经过图形化设计后在所述柔性高分子层上形成导通线路。2.根据权利要求1所述的柔性智能应力应变传感器电极，其特征在于，所述柔性高分子层为高分子聚合物，所述柔性高分子层的厚度为0.1
‑
500μm。3.根据权利要求2所述的柔性智能应力应变传感器电极，其特征在于，所述柔性高分子层为PVDF、PS、PE、PDMS、PMMA、Nafion、PEO、PP、PVC、PVB、PES、PA、PI、PO、PC、PU、PTFE、PAN、PANI、PEDOT、PT、Polyfluorene、PVDC、PET、PPS、ABS、环氧树脂中的至少一种。4.根据权利要求2所述的柔性智能应力应变传感器电极，其特征在于，所述石墨烯层的另一面为平面石墨烯结构，所述平面石墨烯结构的厚度为2
‑
30nm，所述直立石墨烯结构的厚度为1
‑
50μm。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的柔性智能应力应变传感器电极，其特征在于，所述传感器电极的拉伸比大于等于20...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟西舟，赵鑫，丁显波，石柳婷，
申请(专利权)人：深圳市溢鑫科技研发有限公司，
类型：发明
国别省市：