一种具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器，包括：纸基底，纸基底上设置有沟槽；超疏水导电层，设置于沟槽的内壁及边缘；超疏水绝缘层，设置于纸基底上超疏水导电层之外的区域；其中，超疏水导电层上形成岛

【技术实现步骤摘要】
一种具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器


[0001]本专利技术涉及传感
，尤其涉及的是一种具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器。

技术介绍

[0002]随着柔性电子产品在人类健康监测、软机器人、电子皮肤等方面表现出的巨大应用潜力和人们对智能物联网和可穿戴电子产品的需求不断增长，使得柔性传感器件的发展越来越受到重视。近年来，电阻式、电容式、压电式等各种工作原理的柔性传感器相继问世，其中实现传感器的多功能是主要的发展趋势之一。例如，研究人员倾向于将更多的功能集成到一个柔性传感器中，使其能够检测多种机械刺激，从而拓宽传感器的实际应用范围。这是由于实际工况中，往往充斥着多种机械量信号(如应变、湿度、温度和压力等信号)，仅能够检测单一机械信号的传感器具有明显的使用局限性。其中，应变和压力信号是机械装备领域中最为常见的两类物理量信号，在工程实际中亟需能够感知这两类信号的柔性传感器。与此同时，在传感器的实际应用中，既要考虑传感器的传感性能与功能，还得考虑其环境适应性。当柔性传感器在环境湿度变化的工况中使用时，防水、耐腐蚀(如人体汗液、肥皂水和酸雨)和自清洁则成了传感器不可或缺的功能特性。
[0003]此外，当今大多数电子设备通常都是由不可再生、不可降解，或有毒性的材料制成的，这些材料一旦被丢弃或报废，将对环境造成严重的污染。例如目前大多数关于柔性传感器的报道中，大量的高分子聚合物如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、热塑性弹性体(TPU，PU等)、塑料薄膜(PET，PI等)等都被用于传感器的制备中，这些材料很难回收或降解。因此，可再生、可生物降解、无毒材料组成的柔性传感器是最理想的，符合电子期间可持续发展方向。在自然界中，植物纤维是可再生的绿色环保原材料，其制成的纸张具有可再生性、生物降解性和低成本等优点，是制造环保绿色柔性电子产品的理想基材。但纸材料遇湿容易吸水膨胀甚至溶解，极度影响传感器的正常使用。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器，旨在解决现有技术中纸基柔性传感器件遇湿无法正常使用的问题。
[0006]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0007]一种具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器，其中，包括：
[0008]纸基底，所述纸基底上设置有沟槽；
[0009]超疏水导电层，设置于所述沟槽的内壁及边缘；
[0010]超疏水绝缘层，设置于所述纸基底上所述超疏水导电层之外的区域；
[0011]其中，所述超疏水绝缘层与所述超疏水导电层的边缘连接以铺满整个所述纸基
底；
[0012]所述超疏水导电层上形成岛
‑
桥微结构，所述岛
‑
桥微结构中的桥包括：
[0013]第一桥体和第二桥体，所述第一桥体和所述第二桥体分别位于所述沟槽两侧的内壁上。
[0014]所述的具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器，其中，所述沟槽为多环状沟槽；所述多环状沟槽包括：
[0015]第一电极部和第二电极部；
[0016]若干个开口环部；
[0017]其中，各所述开口环部同心设置；
[0018]各所述开口环部依次连接形成单线槽结构，所述单线槽结构的两端分别连接第一电极部和第二电极部。
[0019]所述的具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器，其中，所述具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器还包括：支撑层，围绕设置在纸基底外；
[0020]所述超疏水导电层包括：
[0021]相互连接的第一导电部和第二导电部；所述第一导电部和所述第二导电部分别位于所述沟槽的两侧的内壁上；
[0022]所述第一导电部和所述第二导电部之间具有间隙，所述间隙的宽度为微米级；
[0023]所述沟槽的深度和宽度为微米级，所述沟槽的深度大于所述沟槽的宽度且小于或等于所述纸基底的厚度的一半。
[0024]所述的具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器，其中，所述纸基底选自印刷用纸、包装用纸、办公用纸和文化用纸中的一种，和/或
[0025]所述超疏水导电层包括：导电功能材料、疏水性颗粒材料以及粘弹性材料；所述超疏水绝缘层包括：疏水性颗粒材料以及粘弹性材料。
[0026]所述的具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器，其中，所述导电功能材料包括：金属纳米材料、碳系纳米材料、金属碳/氮化物材料中的至少一种；
[0027]所述疏水性颗粒材料包括：疏水性SiO2颗粒、疏水性ZnO颗粒中的至少一种；
[0028]所述粘弹性材料包括：橡胶、热塑/固性弹性体、环氧树脂、高分子有机硅化合物、水凝胶中的至少一种。
[0029]一种如上任意一项具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器的制备方法，其中，包括步骤：
[0030]提供纸基底、第一掩膜版、第二掩膜版、超疏水导电材料以及超疏水绝缘材料；其中，所述超疏水导电材料包括：导电功能材料、疏水性颗粒材料、粘弹性材料以及溶剂；
[0031]在所述纸基底上形成沟槽；
[0032]通过所述第一掩膜版覆盖所述纸基底上沟槽以外的区域，将所述超疏水导电材料喷涂在所述沟槽内，并干燥形成超疏水导电层后去除所述第一掩膜版；
[0033]通过所述第二掩膜版覆盖所述纸基底上超疏水导电层的区域，将所述超疏水绝缘材料形成在所述纸基底上后去除所述第二掩膜版，得到具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器。
[0034]所述的具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器的制备方法，其中，
所述导电功能材料采用碳纳米管，所述疏水性颗粒材料采用直径150～250nm的疏水性SiO2粒子，所述碳纳米管与所述疏水性SiO2粒子的质量比为1:0.5～1:2；
[0035]所述粘弹性材料包括：PDMS主剂和PDMS固化剂，所述PDMS主剂和所述PDMS固化剂的质量比为1:0.05～1:0.2；
[0036]所述溶剂包括：六甲基二硅胺烷和乙酸乙酯。
[0037]所述的具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器的制备方法，其中，在所述纸基底上形成沟槽的方法包括：表面AFM微纳加工、机械切割、激光雕刻、模具压印成型中的至少一种；
[0038]将所述超疏水绝缘材料形成在所述纸基底上的方法包括：喷涂法、浸泡法或旋涂法中的一种。
[0039]所述的具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器的制备方法，其中，所述具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器还包括：支撑层，围绕设置在纸基底外；所述制备方法还包括：
[0040]采用3D打印法制备支撑层，并粘贴在具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器外。
[0041]所述的具有压力与应变双感知功能的超疏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器，其特征在于，包括：纸基底，所述纸基底上设置有沟槽；超疏水导电层，设置于所述沟槽的内壁及边缘；超疏水绝缘层，设置于所述纸基底上所述超疏水导电层之外的区域；其中，所述超疏水绝缘层与所述超疏水导电层的边缘连接以铺满整个所述纸基底；所述超疏水导电层上形成岛
‑
桥微结构，所述岛
‑
桥微结构中的桥包括：第一桥体和第二桥体，所述第一桥体和所述第二桥体分别位于所述沟槽两侧的内壁上。2.根据权利要求1所述的具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器，其特征在于，所述沟槽为多环状沟槽；所述多环状沟槽包括：第一电极部和第二电极部；若干个开口环部；其中，各所述开口环部同心设置；各所述开口环部依次连接形成单线槽结构，所述单线槽结构的两端分别连接第一电极部和第二电极部。3.根据权利要求1所述的具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器，其特征在于，所述具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器还包括：支撑层，围绕设置在纸基底外；所述超疏水导电层包括：相互连接的第一导电部和第二导电部；所述第一导电部和所述第二导电部分别位于所述沟槽的两侧的内壁上；所述第一导电部和所述第二导电部之间具有间隙，所述间隙的宽度为微米级；所述沟槽的深度和宽度为微米级，所述沟槽的深度大于所述沟槽的宽度且小于或等于所述纸基底的厚度的一半。4.根据权利要求1～3任意一项所述的具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器，其特征在于，所述纸基底选自印刷用纸、包装用纸、办公用纸和文化用纸中的一种，和/或所述超疏水导电层包括：导电功能材料、疏水性颗粒材料以及粘弹性材料；所述超疏水绝缘层包括：疏水性颗粒材料以及粘弹性材料。5.根据权利要求4所述的具有压力与应变双感知功能的超疏水柔性纸基传感器，其特征在于，所述导电功能材料包括：金属纳米材料、碳系纳米材料、金属碳/氮化物材料中的至少一种；所述疏水性颗粒材料包括：疏水性SiO2颗粒、疏水性ZnO颗粒中的至少一种；所述粘弹性材料包括：橡胶、热塑/固性弹性体、环氧树...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢知来，刘林鹏，宋佳楠，陈思雨，王青山，夏建芳，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：