一种金属纳米线复合膜压力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金属纳米线复合膜压力传感器，包括基底、金属纳米线与离子液体凝胶形成的复合膜感应层以及电极；在基底上制成金属纳米线与离子液体凝胶形成的复合膜感应层后再设置电极；或在基底上设置电极后再制成金属纳米线与离子液体凝胶形成的复合膜感应层。本发明专利技术提供的金属纳米线复合膜压力传感器的制备方法操作简单、能耗低；制得的金属纳米线复合膜压力传感器具有低成本、高灵敏度、高稳定性等优势，且具备柔性、可拉伸等特性，在可穿戴电子领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种金属纳米线复合膜压力传感器及其制备方法
本专利技术涉及压力传感器
，具体涉及一种金属纳米线复合膜压力传感器及其制备方法。
技术介绍
压力传感器是工业、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利、水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。压力传感器的种类较多，常用的是压阻式压力传感器，其利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器，具有响应频率高、体积小、耗电少、灵敏度高、精度好等优点；但是由于其基于多晶硅的传输，制备工艺复杂、受温度影响比较明显，同时，硅材料柔性比较差，很难满足高灵敏、柔性等特殊领域，如医学、生物等方面的需求。目前，基于导电薄膜如碳纳米管、石墨烯、银线、铜线、金线以及导电聚合物薄膜的压力传感器显示了潜在的应用前景。其中，金属银、铜纳米线优异的导电性能、低的成本及方便的加工方式引起人们巨大的研究兴趣。然而，铜银纳米线易于氧化，影响了其导电性和稳定性，据研究报道，导电薄膜的导电性和稳定性是影响基于上述薄膜压力传感器灵敏度和稳定性的关键因素。目前，人们利用旋涂一层聚合物的方法以改善其稳定性，但是由于聚合物导电性一般比较差，因此其影响了金属纳米线的导电性，进而限制基于金属纳米线薄膜压力传感器的灵敏度和检测限。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种金属纳米线复合膜压力传感器，以针对性解决现有的薄膜压力传感器的灵敏度和稳定性较低的问题。本专利技术的金属纳米线复合膜压力传感器，包括基底、感应层以及电极，所述的感应层为金属纳米线与离子液体凝胶形成的复合膜。其中，所述离子液体凝胶由离子液体聚合单体在引发剂引发下聚合而成。其中，所述的离子液体聚合单体为1-乙烯基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-辛基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-辛基咪唑氯盐、1-丙烯基-3-乙基咪唑氯盐、1-丙烯基-3-乙基咪唑溴盐、1-丙烯基-3乙基咪唑氯盐、1-丙烯基-3乙基咪唑溴盐、1-丙烯基-3-甲基咪唑溴盐、1-丙烯基-3-甲基咪唑氯盐中的一种或多种。其中，所述的引发剂为过硫酸钾、多硫酸铵、过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基、偶氮二异丁腈、黄素、红烯及蒽类化合物中的一种或多种。其中，所述的感应层适宜的厚度设置在100nm至5000nm之间。本专利技术也提供了一种制备上述金属纳米线复合膜压力传感器的方法，在基底上制成金属纳米线复合膜感应层后再设置电极；或在基底上设置电极后再制成金属纳米线复合膜感应层，所述的金属纳米线复合膜感应层的制备方法，包括下述步骤：S1、于基底上、或基底与电极上制成金属纳米线薄膜；其中，可将金属纳米线配制成浓度为0.01～20mg/ml的分散液，并采用旋涂、滴膜、气溶胶、浸泡、拉膜、电纺丝、喷墨印刷或丝网印刷中的任意一种方法制备所述的金属纳米线薄膜。其中，所述的金属纳米线主要为易氧化、不稳定的金属纳米线，可以为金属银、铜、硒等中的一种或多种形成的纳米线。其中，金属纳米线薄膜的制备方法为溶液化、物理沉积、化学沉积中的一种。S2、将离子液体凝胶的预聚体溶液于金属纳米线薄膜上制成薄膜；其中，所述的离子液体凝胶的预聚体溶液由离子液体聚合单体、引发剂组成。其中，所述的离子液体聚合单体为1-乙烯基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-辛基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-辛基咪唑氯盐、1-丙烯基-3-乙基咪唑氯盐、1-丙烯基-3-乙基咪唑溴盐、1-丙烯基-3乙基咪唑氯盐、1-丙烯基-3乙基咪唑溴盐、1-丙烯基-3-甲基咪唑溴盐、1-丙烯基-3-甲基咪唑氯盐中的一种或多种。其中，所述的引发剂为过硫酸钾、多硫酸铵、过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基、偶氮二异丁腈、黄素、红烯及蒽类化合物中的一种或多种。所述离子液体凝胶的预聚体溶液薄膜制备方法可以采用旋涂、滴膜、气溶胶、浸泡、拉膜、电纺丝、喷墨印刷或丝网印刷中的任意一种。S3、处理得到的薄膜，使得离子液体凝胶的预聚体聚合，形成金属纳米线与离子液体凝胶复合膜的感应层。其中，所述的离子液体凝胶预聚体的处理可以采用热聚合、光聚合、电聚合等聚合方法中的任意一种。与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案有益效果在于：本专利技术提供的金属纳米线复合膜压力传感器的制备方法操作简单、能耗低；制得的金属纳米线复合膜压力传感器具有低成本、高灵敏度、高稳定性等优势，且具备柔性、可拉伸等特性，在可穿戴电子领域具有广泛的应用前景。附图说明图1是实施例1的金属纳米线复合膜压力传感器的简明结构示意图，其中，1为基底，2为金属纳米线与离子液体凝胶形成的复合膜感应层，3为电极；图2是实施例1中铜纳米线与离子液体凝胶形成复合膜的光学显微镜图；图3是实施例1中铜纳米线与离子液体凝胶形成复合膜的电学性能图；图4是实施例1中铜纳米线与离子液体凝胶形成的复合膜对压力的响应图；图5是实施例2中银纳米线与离子液体凝胶形成复合膜的光学显微镜图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例及附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行详细的描述。实施例1将100晶面的硅依次用丙酮、乙醇、纯净水超声40分钟，然后用N2气吹干，放入120℃真空烘箱中放置10分钟，形成基底。在基底上，利用旋涂的方法将含有铜纳米线的乙醇溶液转移到基底上制备一层200nm厚的膜，其中铜纳米线的浓度为0.01mg/ml，静止放置20分钟以除去其中乙醇溶剂。在铜纳米线的薄膜上利用滴涂的方法转移离子液体凝胶预聚体溶液到基底和铜纳米线薄膜上，其中离子液体凝胶是由离子液体单体1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐，引发剂过硫酸铵及光敏化剂核黄素组成，引发剂浓度为2mg/ml。然后利用5mW的紫外灯照5分钟，使得离子液体凝胶的预聚体聚合为离子液体凝胶形成铜纳米线与离子液体凝胶的复合膜，其厚度为400nm，光学照片见图2。最后在上述基底和纳米线复合薄膜上利用滴膜方法制备300nm厚的PEDOT：PSS电极层，经110℃退火10分钟，电极的宽度为100μm，长度为500μm的电极，电极之间的间距为500μm。测试所得到的复合薄膜导电性见图3。测试所得到的复合膜对压力响应图见图4。实施例2将500μm厚的PET依次用丙酮、乙醇、纯净水超声20分钟，然后用N2气吹干，放入100℃真空烘箱中放置10分钟，形成基底。在基底上，利用喷涂的方法将含有银纳米线的异丙醇溶液转移到基底上，其中银纳米线的浓度为4mg/ml，放置100℃烘箱10分钟以除去其中异丙醇。在银纳米线的薄膜上利用喷墨印刷的方法转移离子液体凝胶的预聚体溶液到基底和银纳米线薄膜上，其中凝胶的预聚体溶液是由1-乙烯基-3-乙基咪唑氯盐和过硫酸铵组成，其中过硫酸铵的浓度为50mg/ml。然后将上述薄膜放置80℃烘箱，加热20分钟，使得离子液体凝胶的预聚体聚合为离子液体凝胶形成银纳米线与离子液体凝胶的复合膜，其厚度为800nm，其复合膜结构见图5，最后在上述基底和纳米线复合薄膜上利用热蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属纳米线复合膜压力传感器，包括基底、感应层以及电极，其特征在于，所述的感应层为金属纳米线与离子液体凝胶形成的复合膜。

【技术特征摘要】
1.一种金属纳米线复合膜压力传感器，包括基底、感应层以及电极，其特征在于，所述的感应层为金属纳米线与离子液体凝胶形成的复合膜。2.根据权利要求1所述的金属纳米线复合膜压力传感器，其特征在于，所述的感应层厚度为100～5000nm。3.一种制备权利要求1或2所述的金属纳米线复合膜压力传感器的方法，其特征在于，在基底上制成金属纳米线复合膜感应层后再设置电极；或在基底上设置电极后再制成金属纳米线复合膜感应层，所述的金属纳米线复合膜感应层的制备方法，包括下述步骤：S1、于基底上、或基底与电极上制成金属纳米线薄膜，备用；S2、将离子液体凝胶的预聚体溶液于S1制得的金属纳米线薄膜上制成薄膜备用；S3、处理S2得到的薄膜，使得离子液体凝胶的预聚体聚合，形成金属纳米线与离子液体凝胶复合膜的感应层。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将金属纳米线配制成浓度为0.01～20mg/ml的分散液，并采用旋涂、滴膜、气溶胶、浸泡、拉膜、电纺丝、喷墨印刷或丝网印刷中的任意一种方法制成所述的金属纳米线薄膜。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述的金属纳米线为金属银、铜、硒中的一种或多种形成的纳米线。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凤霞，陈涛，章云霖，孙立宁，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32