一种拉力传感器的制备方法及拉力传感器技术

本发明专利技术涉及传感器技术领域，本发明专利技术公开了一种拉力传感器的制备方法及拉力传感器。该拉力传感器的制备方法通过先制备表面具有互为平行的多个第一条状结构的柔性基底；该多个第一条状结构中相邻的第一条状结构之间存在预设距离；该柔性基底处于沿第一方向拉伸的拉伸状态；该第一方向与该第一条状结构的延伸方向垂直；该第一条状结构的材料为氟化高分子材料；并在在该柔性基底上制备石墨烯层；该石墨烯层覆盖于该多个第一条状结构上；后续再释放该拉伸状态的拉伸力，得到待氟化结构；该待氟化结构的石墨烯层表面具有褶皱；并对该待氟化结构进行氟化处理，得到该拉力传感器，使得该拉力传感器具有单向性和制备工艺简单的特点。拉力传感器具有单向性和制备工艺简单的特点。拉力传感器具有单向性和制备工艺简单的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种拉力传感器的制备方法及拉力传感器


[0001]本专利技术涉及传感器
，特别涉及一种拉力传感器的制备方法及拉力传感器。

技术介绍

[0002]柔性电子设备因其可穿戴，重量轻，高灵活性等特点，得到了广泛的关注和研究，其中是柔性应变传感器在运动检测、医疗监测和人机界面等逐渐成为个性医疗等领域的重点发展方向之一。
[0003]当前应变传感器主要基于包括电容式，压电效应，压阻效应和材料断裂等在内的工作机制。制备柔性应变传感器的关键就是将导电材料柔性化,通过测量在各种变形下电容、电阻、或者电流的变化，实现对应变的测量。目前，柔性应变传感器的实现主要是将纳米导电材料与可拉伸衬底结合形成复合材料。纳米导电材料,比如金属材料、碳材料、导电聚合物等,通常具有很高的导电率和大的比表面积,但本征多为刚性，拉伸性较差。聚合物基底材料具有良好的可拉伸性，但通常不具有导电性,如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(PU)等。所以，制备柔性应变传感器其中一种方法是将导电纳米材料均匀分散到高分子弹性体中,形成导电的三维网络结构。
[0004]还是一种方法是将具有预制应变或者可拉伸结构(如褶皱、蛇形、螺旋、开孔、折纸等)的导电层附着在聚合物基底上,可拉伸结构通过发生变形应对器件的应变,增大了拉伸面积,拓展了应变检测范围。目前使用的纳米导电材料多为贵金属材料，高成本，以及对不同方向的应变区分能力弱(即，在不同方向产生形变都会导致电阻的变化，从而无法区分应变方向)，限制了柔性应变器件的发展和应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的是现有技术中柔性拉力传感器具有不能区分应变方向的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本申请于一方面公开了一种拉力传感器的制备方法，其包括以下步骤：
[0007]制备表面具有互为平行的多个第一条状结构的柔性基底；该多个第一条状结构中相邻的第一条状结构之间存在预设距离；该柔性基底处于沿第一方向拉伸的拉伸状态；该第一方向与该第一条状结构的延伸方向垂直；该第一条状结构的材料为氟化高分子材料；
[0008]在该柔性基底上制备石墨烯层；该石墨烯层覆盖于该多个第一条状结构上；
[0009]释放该拉伸状态的拉伸力，得到待氟化结构；该待氟化结构的石墨烯层表面具有褶皱；
[0010]对该待氟化结构进行氟化处理，得到该拉力传感器。
[0011]可选的，在该待氟化结构中，该第一条状结构上的石墨烯褶皱的密集度大于间隔区域上的石墨烯褶皱的密集度；该间隔区域为相邻的该第一条状结构之间的间隔的区域。
[0012]可选的，该氟化处理的方法包括化学气相沉积或者等离子体。
[0013]可选的，该氟化处理能够选择对密集度大的石墨烯褶皱的顶部区域和密集度小的石墨烯褶皱进行氟化；
[0014]氟化后的石墨烯区域的导电率小于未被氟化的石墨烯区域的导电率；该未被氟化的石墨烯区域包括密集度大的石墨烯褶皱中的交叠区域。
[0015]可选的，当按照预设拉力沿该第一方向对该拉力传感器进行拉伸时，该拉力传感器的电阻的变化率为第一电阻变化率；
[0016]当按照该预设拉力沿垂直于该第一方向的方向对该拉力传感器进行拉伸时，该拉力传感器的电阻的变化率为第二电阻变化率；该第一电阻变化率大于该第二电阻变化率。
[0017]可选的，该对该待氟化结构进行氟化处理，得到该拉力传感器，包括：
[0018]对该待氟化结构进行氟化处理，得到第一单向结构；
[0019]重复上述制备表面具有互为平行的多个第一条状结构的柔性基底至第一单向结构的步骤，制备出第二单向结构；
[0020]将该第一单向结构与该第二单向结构层叠，得到该拉力传感器；层叠后的该第一单向结构的第一方向与该第二单向结构的第一方向的夹角为90度。
[0021]可选的，该制备表面具有互为平行的多个第一条状结构的柔性基底；该柔性基底处于沿第一方向拉伸的拉伸状态；该第一方向为该第一条构的延伸方向，包括：
[0022]提供一柔性基底；
[0023]对该柔性基底进行沿第一方向的拉伸操作，得到拉伸后柔性基底；
[0024]在该拉伸后柔性基底上制备出互为平行的多个第一条状结构，得到表面具有互为平行的多个第一条状结构的柔性基底；该第一方向与该多个第一条状结构的延伸方向垂直。
[0025]可选的，该在该拉伸后柔性基底上制备出互为平行的多个第一条状结构，得到表面具有互为平行的多个第一条状结构的柔性基底，包括：
[0026]在该拉伸后柔性基底的第一表面涂覆牺牲层；
[0027]利用光刻技术或者纳米压印工艺对该牺牲层进行图形化处理，得到表面具有互为平行的多个第二条状结构的图形化结构；
[0028]在该图形化结构的第一表面生长修饰层；
[0029]对该多个第二条状结构进行剥离处理，得到表面具有互为平行的多个第一条状结构的柔性基底。
[0030]可选的，该柔性基底的材料包括聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚氨酯或者水凝胶。
[0031]本申请于另一方面还公开了一种拉力传感器，是利用上述的拉力传感器的制备方法制备得到。
[0032]采用上述技术方案，本申请提供的拉力传感器的制备方法具有如下有益效果：
[0033]本申请通过制备表面具有互为平行的多个第一条状结构的柔性基底；该多个第一条状结构中相邻的第一条状结构之间存在预设距离；该柔性基底处于沿第一方向拉伸的拉伸状态；该第一方向为该第一条状结构的延伸方向；该第一条状结构的材料为氟化高分子材料；并在在该柔性基底上制备石墨烯层；该石墨烯层覆盖于该多个第一条状结构上；后续
再释放该拉伸状态的拉伸力，得到待氟化结构；该待氟化结构的石墨烯层表面具有褶皱；并对该待氟化结构进行氟化处理，得到该拉力传感器，使得该拉力传感器具有单向性和制备工艺简单的特点。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1为本申请一种可选的拉力传感器的制备流程图；
[0036]图2为本申请一种可选的拉力传感器的工艺流程示意图；
[0037]图3为本申请一种可选的表面具有互为平行的多个第一条状结构的柔性基底的制备流程图；
[0038]图4为本申请另一种可选的拉力传感器的制备流程图；
[0039]图5为本申请一种可选的待氟化结构的结构示意图；
[0040]图6为本申请一种可选的第一褶皱的示意图；
[0041]图7为本申请一种可选的氟化后的石墨烯层的示意图；
[0042]图8为本申请一种可选的沿垂直于第一方向拉伸后的石墨烯层；
[0043]图9为本申请一种可选的沿垂直于第一方向拉伸后的石墨烯层过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拉力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备表面具有互为平行的多个第一条状结构的柔性基底(1)；所述多个第一条状结构(2)中相邻的第一条状结构(2)之间存在预设距离；所述柔性基底(6)处于沿第一方向拉伸的拉伸状态；所述第一方向与所述第一条状结构(2)的延伸方向垂直；所述第一条状结构(2)的材料为氟化高分子材料；在所述柔性基底(6)上制备石墨烯层(5)；所述石墨烯层(5)覆盖于所述多个第一条状结构(2)上；释放所述拉伸状态的拉伸力，得到待氟化结构；所述待氟化结构的石墨烯层(5)表面具有褶皱；对所述待氟化结构进行氟化处理，得到所述拉力传感器。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述待氟化结构中，所述第一条状结构(2)上的石墨烯褶皱的密集度大于间隔区域上的石墨烯褶皱的密集度；所述间隔区域为相邻的所述第一条状结构(2)之间的间隔的区域。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氟化处理的方法包括化学气相沉积或者等离子体。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氟化处理能够选择对密集度大的石墨烯褶皱的顶部区域和密集度小的石墨烯褶皱进行氟化；氟化后的石墨烯区域的导电率小于未被氟化的石墨烯区域的导电率；所述未被氟化的石墨烯区域包括密集度大的石墨烯褶皱中的交叠区域。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，当按照预设拉力沿所述第一方向对所述拉力传感器进行拉伸时，所述拉力传感器的电阻的变化率为第一电阻变化率；当按照所述预设拉力沿垂直于所述第一方向的方向对所述拉力传感器进行拉伸时，所述拉力传感器的电阻的变化率为第二电阻变化率；所述第一电阻变化率大于所述第二电阻变化率。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对所述待氟化结构进行氟化处理，得到所述拉力传感器，包括：对所述待氟化结构进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓诗凯，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：