一种微型化的全柔性无源传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种微型化的全柔性无源传感器及其制备方法，提供了一种基于液态金属LC电路的微型化全柔性无源传感器，包括第一封装层、第二封装层以及核心层，第一封装层和第二封装层分别与核心层的上下表面键合封装，第一封装层、第二封装层和核心层均为柔性聚合物，核心层包括至少一个电路层，电路层表面设置有第一微槽，第一微槽内填充有液态金属柔性电路，液态金属柔性电路包括电容和电感，电容的两个电极分别与电感的内外两端相连；该传感器解决了现有技术中存在的传感器尺寸大、无法实现全柔性无源传感的技术问题；同时本发明专利技术还提供了该传感器的制备方法，通过飞秒激光扫描电路层

【技术实现步骤摘要】
一种微型化的全柔性无源传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种无源传感器，具体涉及一种微型化的全柔性无源传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电子技术的发展，柔性电子皮肤传感器因为其与人体皮肤及组织完美的匹配度，成为重要的研究方向。同时，柔性电子皮肤传感器在人体健康监测、柔性机器人以及人机交互领域有着巨大的发展潜力。而电子器件的微型化和集成化是实现多功能电子系统的关键，因此实现柔性电子器件的微型化和集成化将加速推进柔性电子技术的发展。
[0003]传统的柔性电极材料如导电聚合物、金属薄膜、离子凝胶等材料均存在着柔性不足以及电导率低等问题，而且无法在实现高度柔性化的同时进行微型化、集成化的器件制备，限制了柔性电子皮肤传感器的发展。镓铟合金作为一种在室温下呈现液态的金属材料，具有高导电/热性、无限延展性、无毒等特点，成为制备全柔性电子皮肤传感器的首要选择。但是目前存在基于液态金属的柔性电子器件大都是以大尺寸器件为主，而且无法实现全柔性无源传感。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种微型化的无源传感器，解决了现有技术中存在的传感器尺寸大、无法实现全柔性无源传感的技术问题，该微型化的无源传感器以液态金属为柔性电极材料，通过电感耦合的方式实现无源传感，实现了全柔性无源传感；同时本专利技术还提供了该微型化的无源传感器的制备方法，通过飞秒激光微纳制备方法，实现了高分辨率、高集成度、高密度的液态金属电路制备，所制备的微型化的RLC系统完全是由柔性的基底材料和电极材料制备而成，因此是一种全柔性的传感系统，能够与人体皮肤、组织等实现完美的机械匹配。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0006]一种微型化的全柔性无源传感器，其特殊之处在于：
[0007]包括第一封装层、第二封装层以及核心层；
[0008]所述第一封装层和第二封装层分别与核心层的上表面和下表面进行键合封装；所述第一封装层、第二封装层和核心层均为柔性聚合物材料；
[0009]所述核心层包括至少一个电路层，所述电路层靠近第二封装层的表面设置有第一微槽，第一微槽内填充有液态金属柔性电路，液态金属柔性电路包括在同一平面内逐圈向内部收缩的电感和设置在最内圈的电容，所述电容的一个电极与电感的最内端相连，电容的另一个电极与电感的最外端相连。
[0010]进一步地，所述电感为矩形电感；
[0011]所述电容的电极设置为叉指电极。
[0012]进一步地，所述电路层在电容的另一个电极处和电感的最外端分别设置有通孔，
在电路层靠近第一封装层的表面设置有第二微槽，第二微槽两端分别与两个通孔连接，两个通孔和第二微槽内填充有液态金属柔性电路，电容的叉指电极通过通孔和第二微槽与电感的最外圈起始端相连。
[0013]进一步地，所述核心层包括一个电路层；
[0014]所述电路层、第一封装层和第二封装层尺寸相同，长、宽均均不超过5mm
×
5mm。
[0015]进一步地，所述第一封装层、第二封装层和核心层为柔性硅胶或Ecoflex或PDMS材料；
[0016]所述液态金属柔性电路材质为镓铟合金。
[0017]同时，本专利技术还提供了一种微型化的全柔性无源传感器的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0018]S1，将柔性基底材料放置在三维可移动平台表面，将飞秒激光通过显微镜物镜聚焦到柔性基底材料表面，根据所需电路图案控制三维可移动平台进行移动，在柔性基底材料的上下表面扫描出电路图案；
[0019]S2，将带有电路图案的柔性基底材料上表面和下表面与另外两片未加工过的柔性基底材料各一个表面进行改性处理，将带有电路图案的柔性基底材料上表面和下表面分别与另外两片未加工过的柔性基底材料经过改性处理后的表面贴合，对已加工的电路图案做键合封装处理；
[0020]S3，将液体金属从扫描后的电路微槽的一端灌注进封装好的柔性基底材料的内部通道中，液体金属会填充在电路图案内，得到高集成度的液体金属柔性电路，完成微型化的全柔性无源传感器的制备。
[0021]进一步地，步骤S1中，所述柔性基底材料放置在三维可移动平台表面之前还要进行清洗处理；
[0022]步骤S2中，所述带有电路图案的柔性基底材料与另外两片未加工过的柔性基底材料在改性处理前还需要进行清洗处理。
[0023]进一步地，步骤S1和步骤S2中，所述清洗处理具体为：将柔性基底材料分别在无水乙醇溶液和去离子水中进行5分钟超声清洗；
[0024]步骤S1中，所述电路图案包括第一微槽、第二微槽和两个通孔，两个通孔分别设置在电容的另一个电极处以及电感的最外端；所述第二微槽设置在电路层靠近第一封装层的表面且第二微槽两端分别与两个通孔连接。
[0025]进一步地，步骤S1中，所述飞秒激光的中心波为50fs，波长为800nm，重复频率为1KHz，功率为30
‑
1000mW；三维可移动平台的移动速度为100
‑
25000μm/s；显镜微物镜数值孔径为0.15
‑
0.9；
[0026]步骤S2中，进行改性处理的具体方式为氧等离子体表面改性处理。
[0027]进一步地，步骤S1中，采用的柔性基底材料材质为柔性硅胶；所述飞秒激光的功率为500mW，三维可移动平台的移动速度为15000μm/s，显镜微物镜数值孔径为0.5；
[0028]步骤S3中，采用的液态金属为镓铟合金；将液态金属从扫描后的电路微槽的一端灌注进封装好的柔性基底材料的内部通道中采用的工具为注射器。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益技术效果：
[0030]1.本专利技术所提供的微型化的全柔性无源传感器，该传感器的第一封装层、第二封
装层以及核心层都是由完全柔性的材料制备而成，最大程度实现了整体器件的延展性和柔性，能够实现真正的全柔性传感检测；
[0031]2.本专利技术所提供的微型化的全柔性无源传感器，该传感器的整体尺寸不超过5mm
×
5mm，与现有技术中的大尺寸传感器相比，真正实现了微型化和集成化；
[0032]3.本专利技术所提供的微型化的全柔性无源传感器的制备方法，该方法采用液态金属制备液态金属柔性电路，摆脱了柔性传感器与固体导线连接的问题，而且能够实现信号检测装置与传感器完全分离的状态，相比于蓝牙等需要集成硬质芯片的无线传感器，该传感器更适合于人体皮肤或者体内信号检测。
附图说明
[0033]图1为本专利技术提供的实施例提供的微型化的全柔性无源传感器的传感原理示意图；
[0034]图2为本专利技术实施例中提供的微型化的全柔性无源传感器的制备方法的流程示意图；
[0035]图3为本专利技术实施例中提供的微型化的全柔性无源传感器的电感和电容的结构示意图；
[0036]图4为本专利技术实施例中提供的微型化的全柔性无源传感器的结构示意图。
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微型化的全柔性无源传感器，其特征在于：包括第一封装层(1)、第二封装层(2)以及核心层(3)；所述第一封装层(1)和第二封装层(2)分别与核心层(3)的上表面和下表面进行键合封装；所述第一封装层(1)、第二封装层(2)和核心层(3)均为柔性聚合物材料；所述核心层(3)包括至少一个电路层(301)，所述电路层(301)靠近第二封装层(2)的表面设置有第一微槽(302)，第一微槽(302)内填充有液态金属柔性电路，液态金属柔性电路包括在同一平面内逐圈向内部收缩的电感(5)和设置在最内圈的电容(4)，所述电容(4)的一个电极与电感(5)的最内端相连，电容(4)的另一个电极与电感(5)的最外端相连。2.根据权利要求1所述的微型化的全柔性无源传感器，其特征在于：所述电感(5)为矩形电感；所述电容(4)的电极设置为叉指电极。3.根据权利要求2所述的微型化的全柔性无源传感器，其特征在于：所述电路层(301)在电容(4)的另一个电极处和电感(5)的最外端分别设置有通孔(303)，在电路层(301)靠近第一封装层(1)的表面设置有第二微槽(304)，第二微槽(304)两端分别与两个通孔(303)连接，两个通孔(303)和第二微槽(304)内填充有液态金属柔性电路，电容(4)的叉指电极通过通孔(303)和第二微槽(304)与电感(5)的最外圈起始端相连。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的微型化的全柔性无源传感器，其特征在于：所述核心层(3)包括一个电路层(301)；所述电路层(301)、第一封装层(1)和第二封装层(2)尺寸相同，长、宽均不超过5mm
×
5mm。5.根据权利要求4所述的微型化的全柔性无源传感器，其特征在于：所述第一封装层(1)、第二封装层(2)和核心层(3)为柔性硅胶或Ecoflex或PDMS材料；所述液态金属柔性电路材质为镓铟合金。6.一种权利要求1所述微型化的全柔性无源传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将柔性基底材料放置在三维可移动平台表面，将飞秒激光通过显微镜物镜聚焦到柔性基底材料表面，根据所需电路图案控制三维可移动平台进行移动，在柔性基底材料的上下表面扫描出电路图案；S2，将带有电路图案的柔性基底材...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨青，张承君，李昊昱，陈烽，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：