基于PEDOT:PSS-GO复合材料的微网状结构的湿度传感器的制作方法技术

技术编号：41114047 阅读：8 留言：0更新日期：2024-04-25 14:05

本发明专利技术属于柔性传感器技术领域，提供了基于PEDOT:PSS‑GO复合材料的微网状结构的湿度传感器的制作方法，用于呼吸监测。首先是使用光刻工艺制作网状柔性的PI衬底，提高了器件的透气性，之后对湿敏材料进行改性并沉积到网状PI衬底上。本发明专利技术的优势：一方面，微网状基底提高了传感器的透气性，其优异的柔韧性便于附着在口罩或人体皮肤等复杂表面。另一方面，由于氧化石墨烯的掺入，传感器的响应/恢复时间缩短，线性检测范围扩大。基于这些优良的传感特性，将湿度传感器与微型无线通信组件连接，用于人体呼吸检测。结果表明，该湿度传感器能够清晰地显示正常和异常呼吸信号的差异。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于湿度传感器，尤其涉及基于pedot:pss-go复合材料的微网状结构的湿度传感器的制备方法。

技术介绍

1、呼吸是人体一项重要的生理活动，它不仅反映人的运动状态，也是医学诊断最关键的健康指标之一。许多疾病如支气管炎、哮喘、肺炎、肺癌、高热、睡眠呼吸暂停综合征、心脏骤停等都会导致呼吸速率和呼吸深度的快速变化。呼吸异常可作为人类慢性疾病或其他疾病的症状之一，因此，迫切需要开发用于呼吸监测的可穿戴电子设备。与传统的呼吸监测设备相比，灵活便携的湿度传感器在连续实时呼吸监测方面显示出巨大的潜力。

2、目前的湿度传感器有多种类型，如电容式、电阻式、表面声波湿度传感器和光纤湿度传感器。张东志等人在文章recent progress of diversiform humidity sensorsbased on versatile nanomaterials and their prospective applications中提出电阻式传感器具有制作简单、体积小、易于集成等优点，是目前湿度传感器应用的主要类型。制作电阻式湿度传感器常用的敏感材料有金属氧化物、聚合物、碳基材料等。在各种敏感材料中，pedot:pss作为电阻式湿度传感器因其具有较高的柔韧性、拉伸性和皮肤亲和性而被广泛探索。然而尽管柔性湿度传感器已经取得了巨大的成就，在实际应用中仍然需要考虑一些问题。

3、如陈文宇等人在新型柔性湿度传感器进展中提到的基于石墨烯的湿度传感器，由于传统的石墨烯材料拉伸性能有限，因此大幅度的拉伸会造成材料损坏，不适合

4、综上所述，目前主要问题可概括为：1)传统的湿度传感器很难在高湿度条件下获得良好的线性响应，因此限制了传感器在高湿度环境下的应用。2)部分柔性湿度传感器的拉伸性能有限，在拉伸时容易造成传感器的损坏，且无法适应复杂曲面。3)部分传感器对湿度具有迟滞性，响应/恢复时间较长，无法应对快速的湿度变化。4)大多数柔性传感器都是以聚酰亚胺(pi)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚氨酯(pu)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)等聚合物薄膜作为衬底，因此透气性较差。

技术实现思路

1、因此为了改善传统湿度传感器线性范围窄、无法适应复杂曲面、响应速度慢、透气性差等问题。本专利技术设计了一款基于pedot:pss-go湿度敏感材料的具有微网状结构的湿度传感器来进行湿度检测。首先是使用光刻工艺制作网状柔性的pi衬底，提高了器件的透气性，之后对湿敏材料进行改性并沉积到网状pi衬底上。湿敏材料是对原有的pedot:pss进行化学改性，因此进一步提高了对湿度的灵敏度，缩短了响应和恢复时间，有利于湿度的实时监测。此外，柔性传感器的制作使用了湿法剥离工艺，因此可以将湿度传感器转移到任意复杂曲面上，扩大了传感器的应用范围。

2、本专利技术的技术方案：

3、一种基于pedot:pss-go复合材料的微网状结构的湿度传感器的制作方法，

4、湿度传感器是由微网状结构的聚酰亚胺(pi)衬底以及附着在聚酰亚胺衬底的湿度敏感材料pedot:pss-go组成；

5、所述的湿度敏感材料pedot:pss-go是go分散液与pedot:pss复合溶液混合而成的。

6、具体步骤如下：

7、步骤1：微网状基底的制备

8、(1)首先将聚酰亚胺(pi)光刻胶旋涂在玻璃片上，然后在130℃下烘烤10min直至pi固化，在玻璃片上形成pi薄膜；

9、(2)使用光刻工艺对pi光刻胶进行图案化处理，得到微网状结构；

10、在pi薄膜上旋涂s1805光刻胶，在105℃下烘烤2min，使用直径为50um的光刻板并结合自动掩模对准器以152mj/cm2的曝光剂量进行曝光；之后，在zx-238显影液中进行显影，过程中，pi薄膜上的微网状结构会显露出来；最后用丙酮去除剩余s1805光刻胶，得到带有微网状结构pi的玻璃片；

11、步骤2：湿度敏感材料的沉积

12、(1)湿度敏感溶液的配制如下：首先将dmso溶液与fs-300表面活性剂溶液、pedot:pss溶液混合得到混合溶液，其中dmso溶液与pedot:pss溶液体积比为1：20，dmso溶液的浓度为14.1mol/l，fs-300表面活性剂溶液与pedot:pss溶液的体积比为1：200，fs-300表面活性剂溶液浓度为1.04mol/l；然后将密度为1.07g/ml的gops溶液以1wt％的比例加入到混合溶液中，作为交联剂提高膜稳定性，最后在添加密度为1mg/ml的go分散液，添加比例为上述含有gops溶液的混合溶液质量的8wt％，并进行水浴超声5min，使go分散均匀，得到pedot:pss-go混合溶液；

13、(2)通过光刻工艺和旋涂技术进行湿度敏感材料的沉积；

14、首先进行光刻工艺，将带有微网状结构pi的玻璃片置于250℃的热板上烘烤30min，冷却后在上面旋涂s1805光刻胶，在105℃下烘烤2min，使用直径为20um的光刻板并结合自动掩模对准器以152mj/cm2的剂量进行对齐曝光；之后，样品在zx-238显影液中进行显影，随后用清水冲洗，最终得到附着在pi网状结构上的直径为20um的电极图案；然后使用旋涂机将pedot:pss-go混合溶液旋涂在微网状结构上，加热固化；在nmp溶液中进行超声，最后，在140℃下烘烤30min，加热完成，得到附着在pi网状结构的pedot:pss-go电极；

15、步骤3：柔性湿度传感器的制作

16、首先在pedot:pss-go电极的表面涂一层pmma作为保护层，以防止pedot:pss-go电极在随后的剥离过程中断裂；用由40wt％的nh4水溶液和49wt％的hf水溶液按照体积比为6：1的比例配制的boe溶液浸泡带有pi网状结构玻璃片本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于PEDOT:PSS-GO复合材料的微网状结构的湿度传感器的制作方法，其特征在于，步骤如下：

【技术特征摘要】

1.一种基于pedot:pss-go复合材料的微网状...

【专利技术属性】
技术研发人员：银冰，葛瑞，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：

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