一种非对称的强粘易撕传感器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种非对称的强粘易撕传感器及制备方法，所述传感器由基材、功能性切口、止裂孔、图案化的电极和导线、胶层和离型纸组成；其中，所述的基材包括中的一种，所述的电极包括中的一种，其制备方法包括：首先制备出强韧的柔性薄膜，并在底部粘贴胶层及离型纸，通过激光切割或冲裁工艺形成粘附调控的切口，将绘有电极图案的金属掩膜贴附于水凝胶薄膜表面，将导电溶液滴入掩膜的空隙中，待溶剂挥发将掩膜揭去，并在电极引脚处引出导线，从而集成粘附可控的柔性传感器。本发明专利技术具有粘性强弱和方向可控，体积小巧轻薄、能响应拉伸、承重、振动和温度等多种刺激，传感灵敏，可阵列化，制作简易，适合大变形和复杂表面的粘贴和传感等技术特点。技术特点。技术特点。

【技术实现步骤摘要】
一种非对称的强粘易撕传感器及制备方法


[0001]本专利技术涉及柔性传感器
，尤其是涉及一种非对称的强粘易撕传感器及制备方法。

技术介绍

[0002]可控的粘附对于柔性电子器件、生物制药等领域至关重要，不仅是保证器件功能性的重要条件，同时还与材料或器件的精密定位、吸附、分离、转移等过程息息相关。传统传感器的粘附一般是压力驱动的，虽然反应灵敏、性能强劲，但粘性单一，要么粘性强难撕脱，要么粘性弱易脱落，要想实现自如的粘附和分离尤为困难，并且一旦脱离表面就很难再次使用，重复率很低。此外，一些传感器为了获得强力的粘附，通常采用粘性较大的粘接剂，使得分离器件变得困难，还可能在表面残留胶剂，难以去除并影响使用。可见，粘性和分离性很难协调，如果能同时实现良好粘性还易于分离，这对提高生产效益具有重要的意义。
[0003]尽管人们通过设计形态各异的微观结构探索了粘性调控的途径，譬如由壁虎等启发的仿生机械爪和纤维阵列等，然而由于尺寸精密、结构复杂、脆弱易损，使用成本很高。而将粘附界面进行图案化的设计逐渐得到关注，它一般通过在特定区域改变材料属性或界面性能，从而调控粘附。这种方法常应用于传感器或厚度较小的材料，如晶圆、印刷电路板等的制造和转运中，然而现有的图案化技术难以同时具备强粘附和易分离的性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术不足，提供了一种非对称的强粘易撕传感器及制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种非对称的强粘易撕传感器，包括依次连接的传感器基材、胶层和离型纸；所述传感器基材表面开有功能性切口；所述功能性切口为沿剥离方向轴对称的切割线，并完全贯穿传感器基材，功能性切口的末端开有止裂孔；所述功能性切口内布置有图案化的电极，所述图案化的电极粘贴在传感器基材的表面，所述图案化的电极引脚处与导线连接；所述功能性切口的图案优选镂空型、虚线型或非对称虚线型。
[0006]进一步地，所述传感器基材优选PIC水凝胶、PET或PDMS柔性薄膜。
[0007]进一步地，所述电极的材料优选银纳米线、金、铜、ITO或PEDOT:PSS。
[0008]进一步地，所述胶层优选丙烯酸胶层。
[0009]进一步地，传感器基材的厚度为0.1~0.5mm；所述强粘易撕传感器的总厚不高于3mm；功能性切口的缝隙宽度应小于0.2mm，止裂孔的直径为0.5~3mm；功能性切口的总宽和传感器基材的宽度应大于1:4；电极的厚度应大于0.01mm，电极的线宽不应低于0.3mm。
[0010]本专利技术公开了一种非对称的强粘易撕传感器的制备方法，包括以下步骤：步骤（1）：使用柔性薄膜制备传感器基材，在该柔性薄膜底部粘胶层，在胶层的底部粘贴离型纸作为保护层；步骤（2）：通过激光切割或冲裁工艺形成粘附调控的功能性切口，用工业酒精清理
传感器基材的表面，并用40~100W功率进行等离子处理2~5min，提高水凝胶表面活性；步骤（3）：将将绘有电极图案的金属掩膜贴附于步骤（1）制得的传感器基材的表面；步骤（4）：将电极材料采用旋涂、蚀刻、蒸镀或磁控溅射滴入金属掩膜的图案空隙中，静置待溶剂挥发，去除金属掩膜，并在电极引脚处粘贴铜箔引出导线，即得非对称的强粘易撕传感器。
[0011]本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术公开的传感器具有良好的耐剥性和易剥性。沿相反的两方向撕开的粘性差异显著，且粘附力可控。直接改变切口的宽度可有效调整粘性，本专利技术还提供了若干设计实例以适应不同需求，提高了传感器的可设计性；本专利技术可通过调节传感器切口的宽度等尺寸和气孔结构来适应不同的粘性要求，正反两向的粘性差异显著，既实现了强粘性，也兼顾了易撕性。
[0012]（2）本专利技术公开的传感器为刺激响应的电阻式传感器，传感效果优良，可集成物体变形、物性改变、表面识别等多功能，应变传感范围广、映射关系明显，同时可适应大变形粘接的需要；本专利技术结合AgNW和PIC（聚离子复合物）水凝胶优异的力学和电学特性，能够对拉伸、重力、振动和温度等刺激下做出灵敏的响应，能够基于力和热等多模式的刺激形成稳定的电阻变化，具备良好的映射关系。
[0013]（3）本专利技术公开的传感器结构简单，加工方法简便，制作自由度大、门槛低，可应用于现有的生产设备，有效降低制作成本；由于传感器剥离的强度较小，可有效降低对胶带和物体表面的损伤，提高传感器的重复使用率，降低了使用成本。
[0014]（4）本专利技术适用范围广泛，通过设计传感器的切口图案，而不限制基底，从而保证传感器能广泛适用于皮肤、金属、塑料、玻璃等材质表面，且能适应所贴表面的形貌和大变形。
[0015]（5）本专利技术公开的传感器可实现与复杂表面的紧密贴附，切口既有助于形变又能减少对被粘物表面的损伤，进而提高传感器的使用寿命和重复利用率。
[0016]（6）当传感器材料为弹性布等可变形材质，通过切口设计，有助于传感器实现在大变形下的紧密贴附，同时能保证传感器的剥离的方向性，能够适应大变形和复杂曲面的表面粘接，既有助于透气又能减少对被粘物的损伤和减少撕除传感器对基底的损伤，能够改善在软基底表面粘贴传感器、胶带、膏药贴等医疗贴剂的粘贴效果。
附图说明
[0017]图1为本专利技术传感器的结构示意图；图2中的（a）为具有方形粘性功能区的传感器的受力示意图，图2中的（b）为具有方形粘性功能区的传感器沿正反两向90度剥离的对比图；图3中的（a）是虚线型切口的传感器贴附在人体关节的效果图，图3中的（b）是非对称虚线型切口的传感器贴附在人体关节的效果图；图4中的（a）是传感器功能区的结构示意图，图4中的（b）是粘性功能区不同宽度的剥离强度关系曲线；图5中的（a）是镂空型非对称粘性的传感器切口图案，图5中的（b）是虚线型大变形
的传感器切口图案，图5中的（c）是兼有虚线型和非对称粘性的传感器切口图案；图6中的（a）是单轴拉伸作用下的方形传感器电阻变化曲线图，图6中的（b）反复粘贴作用下的传感器电阻变化曲线图；图7中的（a）是基于剪纸的虚线型传感器的结构示意图，图7中的（b）是基于剪纸的虚线型传感器的电阻变化曲线图；图8中的（a）是施加重物的传感器的结构示意图，图8中的（b）是单元传感器的重量
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电阻感应曲线图；图9中的（a）为阵列化传感器施加“X”形的重物的示意图，图9中的（b）为施加“X”形的重物时该阵列化传感器的重量
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电阻感应曲线图，图9中的（c）为阵列化传感器施加“Y”形的重物的示意图，图9中的（d）为施加“Y”形的重物时该阵列化传感器的重量
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电阻感应曲线图；图10中的（a）是基于振动的传感器电阻变化曲线图，图9中的（b）是基于温度感应的传感器电阻变化曲线图；图中，1、传感器基材；2、功能性切口；3、止裂孔；4、图案化的电极；5、导线；6、胶层；7、离型纸；21、镂空型切口；22、虚线型切口；23、非对称虚线型切口；41、蛇形电极。
具体实施方式
[0018]本专利技术公开的一种非对称的强粘易撕本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非对称的强粘易撕传感器，其特征在于，包括依次连接的传感器基材（1）、胶层（6）和离型纸（7）；所述传感器基材（1）表面开有功能性切口（2）；所述功能性切口（2）为沿剥离方向轴对称的切割线，并完全贯穿传感器基材（1），功能性切口（2）的末端开有止裂孔（3）；所述功能性切口（2）内布置有图案化的电极（4），所述图案化的电极（4）粘贴在传感器基材（1）的表面，所述图案化的电极（4）引脚处与导线（5）连接；所述功能性切口（2）的图案为镂空型、虚线型或非对称虚线型。2.根据权利要求1所述的非对称的强粘易撕传感器，其特征在于，所述传感器基材（1）为PIC水凝胶、PET或PDMS柔性薄膜。3.根据权利要求1所述的非对称的强粘易撕传感器，其特征在于，所述电极（4）的材料为银纳米线、金、铜、ITO或PEDOT:PSS。4.根据权利要求1所述的非对称的强粘易撕传感器，其特征在于，所述胶层（6）为丙烯酸胶层。5.根据权利要求1所述的非对称的强粘易撕传感器，其特征在于，传感器基材（1）的厚度为0.1~0.5mm；所述强...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宇，王莉倩，刘丰睿，龚博，钱劲，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：