柔性复合薄膜及制备方法、柔性压力传感器及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种柔性复合薄膜的制备方法，包括：在第一柔性薄膜的一表面上形成含铁电材料的前驱体层；然后采用激光对该表面进行辐照，使得该表面形成复合结构，复合结构包括石墨烯微结构和嵌设于石墨烯微结构内部和/或表面的铁电材料颗粒；然后将至少部分复合结构转移至第二柔性薄膜的一表面，以在第二柔性薄膜的一表面形成功能层，得到柔性复合薄膜。本发明专利技术还提供制备方法得到的柔性复合薄膜，以及柔性压力传感器及其制备方法。本发明专利技术的柔性复合薄膜灵敏度高、柔性好。

Flexible composite film and preparation method, flexible pressure sensor and preparation method

【技术实现步骤摘要】
柔性复合薄膜及制备方法、柔性压力传感器及制备方法
本专利技术涉及传感器
，特别是涉及柔性复合薄膜及制备方法、柔性压力传感器及制备方法。
技术介绍
目前智能可穿戴式传感器均采用各式的化学能电池供电，需要定期更换，且回收难度大，会对环境造成污染。而自发电的柔性压力传感器能够将生物体的机械能转化成电能，以实现对柔性压力传感器提供近乎终生的能量。但是，传统柔性传感器件微结构的制备多采用微电子机械系统加工技术，涉及腐蚀、键合、光刻、氧化、扩散以及溅射等一系列复杂工艺，该技术虽然可以实现微结构精确、批量制作，但是设备依赖性高，技术难度大，成本较高。并且，由于柔性传感器件本身柔性性能得到了提高后，其灵敏度受到了一定的影响，造成压力传感器的灵敏度均较低。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种柔性复合薄膜及制备方法、以及柔性压力传感器及其制备方法，所述制备方法工艺简单、设备依赖度低，获得的柔性复合薄膜性能优异，基于该柔性薄膜制备的柔性压力传感器具有灵敏度高、柔性化程度高等优点。本专利技术提供了一种柔性复合薄膜的制备方法，包括：提供第一柔性薄膜和含有铁电材料前驱体的悬浮液，将所述悬浮液形成于所述第一柔性薄膜的一表面，以在所述表面形成前驱体层；采用激光对带有所述前驱体层的所述第一柔性薄膜的表面进行辐照，使得所述第一柔性薄膜的表面形成石墨烯微结构，所述铁电材料前驱体转变成铁电材料颗粒并嵌设于所述石墨烯微结构的内部和/或表面，得到复合结构；将至少部分所述复合结构转移至第二柔性薄膜的一表面，以在所述第二柔性薄膜的一表面形成功能层，得到柔性复合薄膜。在其中一个实施例中，所述激光辐照的条件包括：激光波长大于355nm，激光扫描速度为100mm/s～3000mm/s，激光单脉冲能量范围为10μJ～300μJ。在其中一个实施例中，所述第一柔性薄膜用于承载所述悬浮液的表面包括有-OH、-COOH中的至少一种官能团。在其中一个实施例中，采用紫外线照射或采用等离子处理所述第一柔性薄膜，以使所述第一柔性薄膜的表面形成有-OH、-COOH中的至少一种官能团。在其中一个实施例中，所述第一柔性薄膜的第一材料包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的至少一种；及/或，所述第二柔性薄膜的第二材料包括聚二甲基硅氧烷、聚氨酯弹性体、聚三甲基碳酸酯、聚丙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。在其中一个实施例中，将所述复合结构转移至所述第二柔性薄膜的步骤包括：将含所述第二材料的溶液置于所述第一柔性薄膜带有所述复合结构的表面，固化，以在所述复合结构的表面得到所述第二柔性薄膜，分离，以使所述复合结构至少部分转印至所述第二柔性薄膜。在其中一个实施例中，所述铁电材料前驱体包括钛酸锶前驱体、钛酸钡前驱体中的至少一种。在其中一个实施例中，采用旋涂的方法将所述悬浮液涂覆于所述第一柔性薄膜的表面，所述旋涂的速度为200rpm～5000rpm，时间为10s～60s。本专利技术还提供了一种柔性复合薄膜，所述柔性复合薄膜由上述的制备方法制得，包括第二柔性薄膜以及设置于所述第二柔性薄膜一表面上的功能层，所述功能层包括石墨烯微结构和嵌设于所述石墨烯微结构内部和/或表面的铁电材料颗粒。本专利技术柔性复合薄膜的制备方法中，在激光热作用下，第一柔性薄膜表面碳化原位形成石墨烯微结构，铁电材料前驱体分解成铁电材料颗粒，并且，在激光辐照的冲击力作用下，铁电材料颗粒会嵌设于石墨烯微结构的表面并进入石墨烯微结构的内部以形成复合结构。然后将至少部分复合结构转移至第二柔性薄膜表面，得到包括功能层的柔性复合薄膜。从而，在该柔性复合薄膜中，功能层中的石墨烯微结构和铁电材料颗粒能够产生协同效应，建立逾渗导电网络，提高储存电荷的能力，使得复合结构的介电常数大幅提高，介电损耗降低，进而能够有效提高输出性能。同时，该制备方法克服了微电子机械系统加工技术存在的缺点，具有工艺简单、成本低廉、柔性化程度高以及大尺寸制备的优点。一种柔性压力传感器的制备方法，包括：提供上述制备方法得到的柔性复合薄膜，以及第三柔性薄膜；在所述柔性复合薄膜上铺设隔离层并合围所述功能层，且使所述隔离层的高度大于所述功能层的高度；将所述第三柔性薄膜与所述隔离层互相贴合并粘结，得到柔性压力传感器；其中，所述柔性复合薄膜远离所述功能层的表面还设置第一导电层，所述第三柔性薄膜远离所述隔离层的表面还设置第二导电层，所述第一导电层与所述第二导电层形成导电回路。在其中一个实施例中，所述柔性复合薄膜用于承载所述第一导电层的表面包括有-OH、-COOH中的至少一种官能团；及/或，所述第三柔性薄膜用于承载所述第二导电层的表面包括有-OH、-COOH中的至少一种官能团。在其中一个实施例中，所述隔离层的高度为100μm～5000μm，所述隔离层的材料包括聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的至少一种。一种柔性压力传感器，所述柔性压力传感器由上述的制备方法制得，包括：第一电极层，所述第一电极层包括所述柔性复合薄膜、所述第一导电层和所述隔离层，所述第一导电层层叠设置于所述柔性复合薄膜背离所述功能层的表面上，所述隔离层环绕所述功能层设置，且所述隔离层的高度大于所述功能层的高度；第二电极层，所述第二电极层层叠设置于所述柔性复合薄膜带有所述隔离层的表面上，所述第二电极层包括所述第三柔性薄膜和所述第二导电层，所述第二导电层层叠设置于所述第三柔性薄膜远离所述柔性复合薄膜的表面上；其中，所述第一电极层与所述第二电极层形成导电回路。该柔性压力传感器器件保持了优异的柔性、生物相容性以及较高的电输出性能。同时，第一电极层上的功能层具有较高的粗糙度，用其制得的柔性压力传感器当外界施加微小压力时，功能层与上极板的接触面积的改变量也能变大，灵敏度高，对检测微小压力具有很好的效果。附图说明图1为本专利技术一实施方式的柔性复合薄膜的制备工艺流程图；图2为本专利技术另一实施方式的柔性复合薄膜的制备工艺流程图；图3为本专利技术柔性压力传感器的制备工艺流程图；图4为本专利技术实施例1的柔性压力传感器的输出电压变化图。图中：1、第一电极层；2、第二电极层；10、第二柔性薄膜；11、复合结构；12、功能层；13、隔离层；14、第一导电层；20、第三柔性薄膜；21、第二导电层；30、前驱体层；40、第一柔性薄膜；110、石墨烯微结构；111、铁电材料颗粒。具体实施方式以下将对本专利技术提供的柔性复合膜及制备方法、自发电柔性压力传感器作进一步说明。如图1和图2所示，本专利技术提供的柔性复合薄膜的制备方法，包括：S1，提供第一柔性薄膜40和含有铁电材料前驱体的悬浮液，将所述悬浮液形成于所述第一柔性薄膜40的一表面，以在所述表面形成前驱体层30；S2，采用激光对带有所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括：/n提供第一柔性薄膜和含有铁电材料前驱体的悬浮液，将所述悬浮液形成于所述第一柔性薄膜的一表面，以在所述表面形成前驱体层；/n采用激光对带有所述前驱体层的所述第一柔性薄膜的表面进行辐照，使得所述第一柔性薄膜的表面形成石墨烯微结构，所述铁电材料前驱体转变成铁电材料颗粒并嵌设于所述石墨烯微结构，得到复合结构；/n将至少部分所述复合结构转移至第二柔性薄膜的一表面，以在所述第二柔性薄膜的一表面形成功能层，得到柔性复合薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
提供第一柔性薄膜和含有铁电材料前驱体的悬浮液，将所述悬浮液形成于所述第一柔性薄膜的一表面，以在所述表面形成前驱体层；
采用激光对带有所述前驱体层的所述第一柔性薄膜的表面进行辐照，使得所述第一柔性薄膜的表面形成石墨烯微结构，所述铁电材料前驱体转变成铁电材料颗粒并嵌设于所述石墨烯微结构，得到复合结构；
将至少部分所述复合结构转移至第二柔性薄膜的一表面，以在所述第二柔性薄膜的一表面形成功能层，得到柔性复合薄膜。


2.根据权利要求1所述的柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述激光辐照的条件包括：激光波长大于355nm，激光扫描速度为100mm/s～3000mm/s，激光单脉冲能量范围为10μJ～300μJ。


3.根据权利要求1所述的柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述第一柔性薄膜用于承载所述悬浮液的表面包括有-OH、-COOH中的至少一种官能团。


4.根据权利要求3所述的柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，采用紫外线照射或采用等离子处理所述第一柔性薄膜，以使所述第一柔性薄膜的表面形成有-OH、-COOH中的至少一种官能团。


5.根据权利要求1所述的柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述第一柔性薄膜的第一材料包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的至少一种；及/或，
所述第二柔性薄膜的第二材料包括聚二甲基硅氧烷、聚氨酯弹性体、聚三甲基碳酸酯、聚丙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。


6.根据权利要求5所述的柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，将所述复合结构转移至所述第二柔性薄膜的步骤包括：将含所述第二材料的溶液置于所述第一柔性薄膜带有所述复合结构的表面，固化，以在所述复合结构的表面得到所述第二柔性薄膜，分离，以使所述复合结构至少部分转印至所述第二柔性薄膜。


7.根据权利要求1所述的柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述铁电材料前驱体包括钛酸锶前驱体、钛酸钡前驱体中的至少一种。


8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用旋涂的方法将所述悬浮液涂覆于所述第一柔...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，杜琦峰，陈颖，
申请(专利权)人：浙江清华柔性电子技术研究院，清华大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33