一种柔性应变传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种柔性应变传感器及其制备方法和应用，涉及传感器技术领域。本发明专利技术提供的柔性应变传感器的制备方法，包括以下步骤：将柠檬酸钠、PVP、表面活性剂、硝酸银和水混合，得到银前驱液；将所述银前驱液涂覆在柔性基底上，进行干燥，得到银前驱膜；所述柔性基底为PET、PDMS、PU和PC中的一种；采用激光直写将所述银前驱膜加工为由银纳米颗粒烧结成的银导电电路，在银导电电路的两端烧结得到银电极；所述银电极通过导电银胶与引线相连接，封装后得到柔性应变传感器。本发明专利技术能够提高银导电电路与柔性材料的结合力，制备的柔性应变传感器应变灵敏系数高，可检测微小应变，制备工艺简单高效，经济实用。经济实用。经济实用。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性应变传感器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种柔性应变传感器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]柔性传感器可以检测和实时反馈周围环境的物理信息和化学信息，例如应变、加速度、压力、温度、湿度等。由于其灵敏度高、线性范围大、具有柔性等特点，在可穿戴式消费级电子产品、软机器人、智能医疗修复、电子皮肤和实时医疗监测等领域有重要意义。近年来，可粘贴在皮肤表面或与纺织品集成的可穿戴式柔性传感器受到了学术界和工业界的极大关注。这种传感器可以以高灵敏度监测个人健康参数和环境信息。对体温、脉搏、呼吸、血压、心电图、血糖等关键健康指标进行整理，对诊断、治疗和术后康复都有很大帮助。长期和持续监测生命体征，对于疾病的早期诊断和糖尿病、哮喘、高血压和严重肥胖等慢性疾病的管理以及及时应对癫痫和心脏骤停等危及生命的情况尤为重要。
[0003]传统制备柔性传感器的方法有光刻、化学气相沉积、丝网印刷等，这些技术具有一些局限性，如制备工艺繁琐、需要高温、制版或者制作掩膜，成本高、对环境不友好等。为了更方便高效、更高精度地制备柔性传感器，国内外的研究学者将激光直写技术作为一个研究热点。激光直写是利用计算机控制激光辐照材料，诱导材料发生化学变化、热损伤、热熔化等变化的加工方法，特点是加工精度高、工艺简单，具有传统加工方法所不具备的优势。相较于光刻其成本低、无需掩膜；相较于化学气相沉积其无需高温，因此柔性材料可选择范围宽；相较于丝网印刷其无需制版，可以一步成型。
[0004]现有激光直写制备柔性应变传感器的研究重点是导电材料的选择、表征和调控，对柔性材料在工艺中发挥的作用关注较少。因此出现了软材料理论可行，但实际制备过程产率低、可操作性差的问题。这导致了激光直写制备柔性应变传感器在实际生产和应用方面存在局限性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种柔性应变传感器及其制备方法和应用，本专利技术能够提高银导电电路与柔性材料的结合力，制备的柔性应变传感器应变灵敏系数高，可检测微小应变，制备工艺简单高效，经济实用。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种柔性应变传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、表面活性剂、硝酸银和水混合，得到银前驱液；
[0009]将所述银前驱液涂覆在柔性基底上，进行干燥，得到银前驱膜；所述柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯和聚碳酸酯中的一种；
[0010]采用激光直写将所述银前驱膜加工为由银纳米颗粒烧结成的银导电电路，在银导电电路的两端烧结得到银电极；
[0011]所述银电极通过导电银胶与引线相连接，封装后得到柔性应变传感器。
[0012]优选地，所述硝酸银与柠檬酸钠的摩尔比为3:1；所述硝酸银与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为100:1～10；所述银前驱液中表面活性剂的质量分数为0.1～1wt％。
[0013]优选地，所述柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、表面活性剂、硝酸银和水混合包括：将柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和表面活性剂溶于部分水中，得到柠檬酸钠和PVP的混合溶液；将硝酸银溶于剩余水中，得到硝酸银溶液；将所述硝酸银溶液滴入柠檬酸钠和PVP的混合溶液中，进行搅拌。
[0014]优选地，所述银前驱液在柔性基底上的涂覆厚度为0.5～1mm。
[0015]优选地，所述激光直写的激光功率为50～150mW，激光扫描速度为1.5～9mm/s。
[0016]优选地，所述激光直写的激光波长为200～532nm。
[0017]优选地，所述银纳米颗粒的直径为10～500nm。
[0018]优选地，所述银导电电路的银导线宽度为50～500μm。
[0019]本专利技术提供了采用上述技术方案所述制备方法制备得到的柔性应变传感器，包括柔性基底以及设置在所述柔性基底表面的银导电电路；所述银导电电路的两端设置有银电极；所述银电极通过导电银胶与引线相连接；
[0020]所述柔性应变传感器还包括包裹在所述柔性基底和银导电电路表面的保护层；
[0021]所述银导电电路和银电极由银纳米颗粒烧结而成。
[0022]本专利技术提供了上述技术方案所述柔性应变传感器在测量微小应变或非疾病诊断目的的脉搏测量中的应用。
[0023]本专利技术提供了一种柔性应变传感器的制备方法，本专利技术采用PET、PDMS、PU和PC中的一种作为柔性基底，配合激光直写技术，制备得到的柔性应变传感器灵敏度高，可检测微小应变，实用性强，具有良好的应用前景。
[0024]本专利技术的制备方法简单且工艺性好，一步成型制备柔性应变传感器，无需提前制备银纳米颗粒。本专利技术通过使用表面活性剂大大提升了柔性基底表面的亲水性，使得银前驱液更好的涂覆在柔性基底上，从而提高了激光直写银导电电路和柔性基底的结合力。本专利技术选择了多种软材料作为柔性基底制备柔性应变传感器，特别是以聚氨酯作为柔性基底时传感性能突出，拉伸电阻曲线平滑，最小检测限低，可用于检测微小应变或非疾病诊断目的的脉搏测量，在实时健康检测、电子皮肤等领域有较好的应用前景。
附图说明
[0025]图1为本专利技术制备的柔性应变传感器的结构示意图，图1中，1为柔性基底，2为银导电电路，3为引线，4为导电银胶；
[0026]图2为本专利技术的激光直写平台示意图；
[0027]图3为实施例1制备的柔性应变传感器的实物图；
[0028]图4为实施例1制备的柔性应变传感器的拉伸电阻测试图；
[0029]图5为实施例1～4制备的银导电电路的SEM图；
[0030]图6为实施例3制备的柔性应变传感器的微小应变拉伸电阻测试图；
[0031]图7为利用本专利技术的柔性应变传感器检测40.7mg纸片放置与取下的电阻变化图；
[0032]图8为利用本专利技术的柔性应变传感器检测水滴落下的电阻变化图；
[0033]图9为利用本专利技术的柔性应变传感器检测脉搏的结果图；
[0034]图10为实施例1添加表面活性剂的银前驱液和对比例1未添加表面活性剂的银前驱液的介面接触效果对比图；
[0035]图11为实施例1添加表面活性剂的聚氨酯薄膜和对比例1未添加表面活性剂的聚氨酯薄膜上加工的银导线对比图。
具体实施方式
[0036]本专利技术提供了一种柔性应变传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0037]将柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、表面活性剂、硝酸银和水混合，得到银前驱液；
[0038]将所述银前驱液涂覆在柔性基底上，进行干燥，得到银前驱膜；所述柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯和聚碳酸酯中的一种；
[0039]采用激光直写将所述银前驱膜加工为由银纳米颗粒烧结成的银导电电路，在银导电电路的两端烧结得到银电极；
[0040]所述银电极通过导电银胶与引线相连接，封装后得到柔性应变传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、表面活性剂、硝酸银和水混合，得到银前驱液；将所述银前驱液涂覆在柔性基底上，进行干燥，得到银前驱膜；所述柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯和聚碳酸酯中的一种；采用激光直写将所述银前驱膜加工为由银纳米颗粒烧结成的银导电电路，在银导电电路的两端烧结得到银电极；所述银电极通过导电银胶与引线相连接，封装后得到柔性应变传感器。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸银与柠檬酸钠的摩尔比为3:1；所述硝酸银与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为100:1～10；所述银前驱液中表面活性剂的质量分数为0.1～1wt％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、表面活性剂、硝酸银和水混合包括：将柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和表面活性剂溶于部分水中，得到柠檬酸钠和PVP的混合溶液；将硝酸银溶于剩余水中，得到硝酸银溶液；将所述硝酸银溶液滴入柠檬酸钠和PVP的混合溶液中，进...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晔，冯蓬勃，马颖，马洪涛，党世豪，乔龙巴特，
申请(专利权)人：北歌潍坊智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：