可拉伸气体传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可拉伸气体传感器及其制备方法，多孔活性层通过呼吸图方法制备，通过水转印的方式转移至可拉伸衬底；蛇形电极通过快速蒸镀金至柔性基板上，其形成的片状结构和蛇形结构的结合实现了一定程度的可拉伸性；通过对活性层微形貌的调控提高了有机半导体和气体分子的结合效率，使传感器实现了更好的气体响应灵敏度；通过可拉伸活性层与蛇形电极相结合，使器件具备了柔性和一定的可拉伸性，实现了在力学作用下对探测气体做出响应，这种便携、柔性的气体传感器可以有效的与电子皮肤、可穿戴传感器相集成，有望在面向智慧医疗和实时环境监测领域中实现高效传感，在柔性电子领域有广阔的应用前景。子领域有广阔的应用前景。子领域有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
可拉伸气体传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及传感器及有机材料
，尤其涉及一种可拉伸气体传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，气体传感器凭借其在智能传感领域的广泛应用前景受到了研究者们的关注，广泛用于环境监测、医疗保健、工业控制等领域，已成为现代工业和科学领域不可或缺的测量工具。随着可穿戴设备、智能家居等新兴领域的不断涌现，对于柔性、可拉伸气体传感器的需求日益增加。与刚性气体传感器相比，可拉伸气体传感器具有形变可逆性、低功耗、高精度等特点，可以更好地适应人体肌肤的形变，并能够实现更高的灵敏度和选择性，因此在智能健康、智能可穿戴、人机交互等领域具有广泛的应用前景。
[0003]尽管可拉伸气体传感器具有广泛的应用前景和市场潜力，但是传统的气体传感器通常采用薄膜技术制备无机薄膜，其制备过程复杂，制备成本较高。此外，由于无机材料自身的材料脆性，导致其具有较差的力学鲁棒性，因此传统的气体传感器往往不具备机械柔性，从而限制了其在柔性电子学领域和可穿戴传感领域的发展与应用。新型可拉伸气体传感器制备方法多采用有机材料作为活性材料，凭借有机材料自身的柔性，结合材料结构设计和化学组分调控来实现器件的柔性。与传统的无机材料制备的气体传感器相比，其制备过程相对简单，工艺可调性高，但气体感应灵敏度较低，在机械形变下性能变化较大，这限制了其在可穿戴电子、电子皮肤领域的应用。为了改善这一问题，我们需要设计具有机械柔性、可拉伸的气体传感器实现高性能的气体探测。
[0004]以可拉伸气体传感器为代表的柔性电子技术的不断发展也促进了医疗和皮肤电子领域的应用的发展，其中，可拉伸气体传感器可以用于制造智能穿戴设备，如手环、智能手表等，用于监测人体周围的气体环境，包括空气中的有害气体浓度、污染物浓度等，实现对人体周围环境的实时监测，有助于提高人们的健康状况和生活质量。可穿戴传感器件的未来发展需要智能化、集成化以满足高性能、高稳定性的智能传感需求。然而现有的报道的有机气体传感器的灵敏度较差，缺乏稳定的力学鲁棒性。
[0005]所以研发出一种可拉伸气体传感器及其制备方法来解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就在于为了解决上述问题设计了一种可拉伸气体传感器及其制备方法。
[0007]本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
[0008]可拉伸气体传感器，包括由下往上依次设置的可拉伸衬底、多孔活性层、蛇形电极、顶封装层，多孔活性层为网状多孔聚合物薄膜。
[0009]可拉伸衬底为PU、PDMS制备而成，厚度范围为100～1000μm。
[0010]蛇形电极材料为Au，厚度范围30～50nm。
[0011]多孔活性层厚度范围为20～100nm，孔径为100
‑
1000nm。
[0012]可拉伸气体传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1、在玻璃基板上滴涂水性聚氨酯溶液并烘干，用刀片剥离形成可拉伸衬底；
[0014]S2、在薄玻璃片上旋涂PVA水溶液形成牺牲层；
[0015]S3、通过呼吸图和相分离的方法在薄玻璃片上旋涂混合溶液形成多孔活性层薄膜；
[0016]S4、将制备的多孔活性层薄膜浸泡在水中，溶解牺牲层释放多孔活性层薄膜，贴附在剥离的可拉伸衬底上；
[0017]S5、在步骤S4制备好的器件上蒸镀蛇形电极，形成可拉伸气体传感器；
[0018]S6、将制备的封装层贴附于制备好的可拉伸气体传感器上，并加热将其黏附完成封装。
[0019]在步骤S3中，混合溶液是由p型聚合物半导体材料P3HT或DPPT
‑
TT中的一种与聚合物弹性体材料混合配置而成，混合溶液的浓度为6mg/ml。
[0020]在步骤S3中，制备环境相对湿度为87
‑
89％。
[0021]在步骤S6中，顶封装层由模板法制备的图案化的PDMS，在80℃热台上与器件贴合，将电极和活性层区域露出。
[0022]本专利技术的有益效果在于：
[0023]1、多孔活性层的微纳结构通过旋涂方法制备，制备过程简单、制备成本低，同时避免了激光切割等其他方式制备对薄膜造成的损坏，多孔结构较致密结构大幅提高了有机材料的气敏响应特性。
[0024]2、掺杂弹性体的多孔活性层和蒸镀的蛇形电极相结合，实现了气体传感器较好的柔性和一定的可拉伸性能，使器件可以承受更强的皮肤表皮张力，促进了可穿戴气体传感器的发展。
[0025]3、该专利技术在有机材料基传感器领域具有较好的普适性，拓展了有机传感器在可穿戴电子领域的更广泛应用。
附图说明
[0026]图1是通过呼吸图方法制备的多孔活性层薄膜示意图；
[0027]图2是本专利技术使用的蛇形电极示意图；
[0028]图3是本专利技术中可拉伸气体传感器的结构示意图；
[0029]图中附图标记为：1、可拉伸衬底，2、多孔活性层，3、蛇形电极，4、顶封装层。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0031]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通
技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0033]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0034]此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0035]在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0036]下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。
[0037]如图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.可拉伸气体传感器，其特征在于，包括由下往上依次设置的可拉伸衬底、多孔活性层、蛇形电极、顶封装层，多孔活性层为网状多孔聚合物薄膜。2.根据权利要求1所述的可拉伸气体传感器，其特征在于，可拉伸衬底为PU、PDMS制备而成，厚度范围为100～1000μm。3.根据权利要求1所述的可拉伸气体传感器，其特征在于，蛇形电极材料为Au，厚度范围30～50nm。4.根据权利要求1所述的可拉伸气体传感器，其特征在于，多孔活性层厚度范围为20～100nm，孔径为100
‑
1000nm。5.可拉伸气体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在玻璃基板上滴涂水性聚氨酯溶液并烘干，用刀片剥离形成可拉伸衬底；S2、在薄玻璃片上旋涂PVA水溶液形成牺牲层；S3、通过呼吸图和相分离的方法在薄玻璃片上旋涂混合溶液形成多孔活性层薄膜；S4、将制备的多孔活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：于军胜，刘常健，彭玉洁，高林，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：