一种井字形微结构激光诱导石墨烯柔性应变传感器的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种井字形微结构激光诱导石墨烯柔性应变传感器的制备方法，通过用平面内井字形激光扫描方式和特定的激光参数扫描制备的

【技术实现步骤摘要】
一种井字形微结构激光诱导石墨烯柔性应变传感器的制备方法


[0001]本专利技术属于先进材料制备加工领域，涉及一种井字形微结构激光诱导石墨烯柔性应变传感器的制备方法
。

技术介绍

[0002]近年来，石墨烯作为一种新兴的二维材料，受到了全世界科研及应用领域的广泛关注
。
石墨烯是碳纳米材料家族的重要成员，由于其独特的物理性质，如高表面积
、
高导电性
、
良好的机械强度和稳定性，其已经在电子器件
、
能量储存和电化学催化中显示出广阔应用前景
。
[0003]其中，石墨烯的表面形貌是一个关键的技术点，由于激光诱导石墨烯材料厚度很小，其表面形貌会对其性能产生极大影响
。
在激光诱导石墨烯的制备过程中，人们采用激光线性扫描技术，所制备的激光诱导石墨烯的表面形貌为横状结构和竖状结构
。
[0004]在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：在激光诱导石墨烯功能化的应用之中，横状结构和竖状结构都可以在面对垂直激光扫描的方向弯曲时展现出优异的电阻应变功能，但在面对沿着于激光扫描的方向进行弯曲时，其电阻的相对应变只有切向弯曲的一半，即无法实现各向同性的应变感知，这对于研究激光诱导石墨烯在接受来自不同方向的外界应变感知是一道显而易见的沟壑
。
而激光诱导石墨烯的此性质常被应用于柔性传感器领域，对于我国柔性传感器的研究与开展也有着一定的阻碍
。
因此，专利技术一种能够在面对不同方向的弯曲具有各向同性应变感知激光诱导石墨烯材料迫在眉睫
。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种井字形微结构激光诱导石墨烯柔性应变传感器的制备方法，通过用平面内井字形激光扫描方式和特定的激光参数扫描制备的
PI
膜，获取碳化度高的激光诱导石墨烯，使得该材料在面对横向和纵向的弯曲时具有各向同性，更加容易量化外界应变，最后通过紫外激光切割机自带的
C4D
软件，对激光诱导的图案进行个性化设计并切割，在传感器制备方面展现出独有的优势
。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种井字形微结构激光诱导石墨烯柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]步骤一
、
材料所需
PI
膜的制备：将
PI
膜剪裁成所需尺寸，然后用丙酮清洗表面后用超纯水冲洗并干燥，以去除
PI
膜表面的污渍和灰尘等；选择厚度为2～
4mm
的硅胶垫，用无水乙醇擦拭干净，滴加无水乙醇在上表面，将
40
～
60
μ
m
厚的
PI
膜贴在硅胶垫上，用力按压挤出多余的乙醇，将
PI
膜通过润滑剂乙醇的作用与硅胶垫紧密贴合；
[0009]步骤二
、
激光诱导石墨烯的制备：取上述制备的样品置于紫外激光器镜头的下方，用红光对样品的位置进行标记
。
设置激光参数：脉冲波频率为
100
～
140kHz
可调，脉冲宽度
为1～3μ
s
，扫描速度为
20
～
40mm/s
，扫描间距在
0.005
～
0.1mm
范围内可调，扫描方式为平面内横扫一次后竖扫一次
。
[0010]步骤三
、
切割出所需图案：通过紫外激光切割机自带的
C4D
软件，对激光诱导的图案进行个性化设计，即可通过一键标刻制备
LIG
，通过切割模式将制备好的图案化
LIG
从整片的
PI
基底上切割下来
。
[0011]作为优选，所述步骤一中的硅胶垫厚度为2～
4mm
，
PI
膜厚度为
40
～
60
μ
m。
[0012]作为优选，述步骤二的激光参数设置为：脉冲波频率为
100
～
140kHz
可调，脉冲宽度为1～3μ
s
，扫描速度为
20
～
40mm/s
，扫描间距在
0.005
～
0.1mm
范围内可调
。
[0013]具体地，所述步骤二的激光扫描方式为井字形扫描
(
先横向再纵向或先纵向再横向
)。
[0014]作为优选，所述步骤三中通过紫外激光切割机的激光切割参数为：脉冲波频率为
15
～
25kHz
，脉冲宽度为
0.3
～
0.7
μ
s
，扫描速度为
10
～
30mm/s
，加工次数为1‑
10
次，目的是把图案化的激光诱导石墨烯切割出来
。
[0015]本专利技术产生的有益效果是：
[0016]相比于化学气相沉积法和水热法，本专利技术所采用的激光诱导石墨烯整个加工过程可在室温中进行，无需任何溶剂，并且成本低廉
。
这种通过激光烧蚀
PI
的方法避免了复杂的湿化学方法，且可以直接制备图案化结构，为石墨烯在传感器领域广泛的应用打下了良好的基础
。
[0017]本专利技术的井字形激光扫描制备其特殊形貌，研究发现，较常规一字形相比，井字型结构的碳化程度更高，形成更多的
π
共轭键，有利于增强电子在石墨烯中的传输，提高导电性，其多孔结构的有序性和规整性进一步提高，材料灵敏度和稳定性提升
。
[0018]本专利技术的井字形激光扫描制备其特殊形貌，研究发现，在弯曲性能方面，通过横向和纵向两次扫描得到的井字形较常规一字形有具有各向同性，这有助于传感器在需要各向弯曲同性的特殊场景中的应用
。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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得到其他的附图
。
[0020]图1是实施例1制备的井字形激光诱导石墨烯的
SEM
照片；
[0021]图2是实施例1制备的井字形激光诱导石墨烯的放大的
SEM
照片；
[0022]图3是实施例1制备的井字形激光诱导石墨烯的光学显微镜照片；
[0023]图4是实施例1制备的井字形激光诱导石墨烯的拉曼光谱图照片；
[0024]图5是实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种井字形微结构激光诱导石墨烯柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一
、PI
膜的预处理：将
PI
膜剪裁成所需尺寸，然后用丙酮清洗表面后用超纯水冲洗并干燥；将硅胶垫用无水乙醇擦拭干净，滴加无水乙醇在上表面，将
PI
膜贴在硅胶垫上，用力按压挤出多余的乙醇，将
PI
膜通过乙醇的作用与硅胶垫紧密贴合；步骤二
、
激光诱导石墨烯的制备：通过紫外激光切割机自带的
C4D
软件对激光诱导的图案进行个性化设计，然后将经上述预处理的
PI
膜置于紫外激光器镜头的下方，用红光对样品的位置进行标记后，调控激光扫描的参数进行激光诱导石墨烯的制备；激光扫描方式为井字形扫描；步骤三
、
切割图案化激光诱导石墨烯：调控激光切割的参数，通过紫外激光切割机自带的
C4D
软件对制备得到的激光诱导石墨烯的边缘进行一键标刻，将图案化的激光诱导石墨烯从
PI
膜上剥离出来
。2.
如权利要求1所述的一种井字形微结构激光诱导石墨烯柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤一中选用的硅胶垫厚度为2～
4mm
，
PI
膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：程琳，姜兆辉，刘爱萍，阮迪清，陈冠政，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：