【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种全多孔结构超高灵敏度电容式柔性压力传感器，属于微纳加工—传感器。
技术介绍
1、激光诱导石墨烯(lig)：近几年，激光诱导石墨烯(lig：laser-induced graphene)制造技术由于其工艺简单、导电性好、成本效益高等优点，在多功能传感器、软致动器、能量收集装置和加热装置等领域获得了越来越多的关注。lig的过程：在对富碳前驱体表面进行激光划片的过程中，前驱体中的化学键会被破坏，释放出气体，从而形成层状多孔lig结构。lig的形成机制主要是激光的光化学效应和光热效应。lig的层状结构使其对外部应变非常敏感，lig的电阻会受到层间距离的影响。基于压阻效应，基于lig的机械传感器检测由于其在外力下的形状变形而引起的电阻变化。
2、复合材料基底(composite substrate)：该传感器采用的电极层为一种复合材料，在pi膜中掺入氯化铜粉末，在激光诱导出石墨烯时还原了铜纳米粒子，使得金属铜纳米粒子附着在石墨烯上，大大增强了导电性，提升了响应速度，从而也增加了灵敏度。
3、复合泡沫(composite foam)：由于目前的柔性传感器的弯曲能力和杨氏模量有限，使得其应用场景也受限，所以本设计将pu泡沫作为介质层，很大程度上增加了该传感器的柔性性能，使其拥有更多的应用场景。其次，当本专利技术想要改变传感器的灵敏度以及检测限宽时，可以通过置换不同孔隙度的介质层泡沫来实现。除此之外，为了增加电容的容量以及进一步增加灵敏度，本专利技术使用离子液体提前浸泡pu泡沫，使得pu泡沫表面附着离子
4、气溶胶打印(aerosol jet printing)：本设计引线部分采用气溶胶打印技术，基于气溶胶喷射原理，雾化液滴经束缚气体约束，聚焦形成微米级幅宽的液滴射流，通过调节液滴射流幅宽，实现微米至毫米尺度的打印精度调节。通俗的说，通过超声雾化提前调制过的溶液，使其成为微米级液滴，通过气泵提供气压将液滴抽至喷头，再通过第二条气路提供一个环形束缚气流，将液滴集中在一点进行打印。该打印技术可以达到十微米级的线路打印。
5、电容式压力传感器是通过改变中间介质层的电容来实现对压力的传感。目前市面上和已经专利技术的电容式传感器还不具备非常高的灵敏度以适配一些微观场景，现有的增加压力传感器灵敏度的方法有很多，例如微纳米管和做一些微观结构(三角形、柱形等)的设计有利于实现高灵敏度和宽工作范围。这些微传感结构的传统制造方法，例如纳米微复合油墨、光学光刻、真空沉积、3d打印和其他技术，往往是昂贵的、复杂的和耗时的。于是本设计提出了一种全多孔结构的电容式传感器，旨在最大限度的提升传感器的灵敏度。两个电极层使用激光诱导掺铜的pi(聚酰亚胺)膜，形成多孔石墨烯和铜纳米粒子结合的复合材料，在极具导电性的同时，提供了粗糙的表面，增大了其接触表面积，会大幅增加传感器的灵敏度。中间的介质层使用浸泡离子液体的泡沫，浸泡离子液体可以让介质层电容容量更大，更加灵敏，再加上泡沫本身粗糙的表面，又使灵敏度更上一层楼。如此一来，“三明治”结构的电容式压力传感器三个组成部分全部具备多孔粗糙的微结构，大幅增加了该传感器的灵敏度，可以应用在非常微型的应用场景，如微生物检测和微型手术等。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决目前电容式传感器灵敏度还不够高以适配微观场景的问题，提供一种全多孔结构超高灵敏度电容式柔性压力传感器。
2、目前的加工技术需要精密的仪器以及冗杂的技术，在此，该专利技术推出了一种简单的加工流程，可以极大地降低加工时间和其他成本。本专利技术使用paa(聚丙烯酸)溶液混合cucl2(氯化铜)粉末经过加热获得掺铜的pi(聚酰亚胺)膜，通过飞秒激光诱导出多孔的石墨烯，伴随着被还原的铜纳米粒子成为一种二维复合材料，作为电容式压力传感器的两个电极层。然后，再通过用离子液体浸泡pu泡沫作为“三明治”结构的介质层，如此一来，本专利技术便获得了全结构都为多孔粗糙表面的电容式压力传感器。这样的传感器由于其每一个接触面都为多孔且粗糙的，增大了接触表面积，极大地提升了传感器的灵敏度。
3、本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
4、全多孔结构超高灵敏度电容式柔性压力传感器，包括石墨烯和金属铜的复合材料构成的电极层、含离子附着的泡沫介质层、引线和柔性封装层。
5、全多孔结构超高灵敏度电容式柔性压力传感器的制备方法如下，
6、1.制备掺铜的paa溶液，将测量好的氯化铜粉末分散至paa溶液中，搅拌均匀后，均匀涂抹在抗高温基板上加热，蒸发溶剂，得到掺铜pi膜。
7、2.激光诱导复合石墨烯的加工装置：
8、飞秒激光光源模块：本设计使用的是钛-蓝宝石振荡级飞秒激光器，输出功率达3.5w，中心波长800nm，重复频率85mhz，该激光器可以将多光子吸收区域限制在焦点附近的区域，以实现透明材料内部修改和3d加工。
9、加工光路模块：实验使用飞秒激光直写加工光路，主要包含有扩束器、光隔离器、反射镜、聚焦物镜、光阑等，其功能是为了调节激光功率、聚焦以及确定光路的位置。调制后的激光将通过物镜聚焦到加工平移台上，实验中，为了加工不同功率的金属等离子体纳米结构，将分别采用不同数值孔径的聚焦物镜进行加工。
10、加工成像模块：主要元件包括二向色镜、照明光源、反射镜以及ccd等。照明光源为普通的led光源，为实验加工提供足够的光强，ccd将接收到的光信号转化成数字信号，并结合计算机软件对样品加工进行实时的监测。
11、三维运动模块：使用的是pi公司的三维自由移动平移台，通过计算机控制可以实现样品任意位置的移动。
12、使用几个模块组成的激光系统激光诱导石墨烯。
13、3.复合泡沫制备：将泡沫浸入离子液体中，晾干。
14、4.气溶胶打印机的加工装置：
15、雾化装置模块：包括冷却主机、雾化槽、雾化瓶、回流瓶、可调滑台等，使用时按下开关键，然后调试雾化瓶位置实现雾化；通过载气的驱动带动雾化颗粒运动到的打印头，回流瓶的作用可以减少管路中的液流影响气流。
16、载气模块：载气a、载气b为出气口，载气a通入雾化装置驱动雾化颗粒进入到打印头，载气b直接通到打印头束缚载气a载入的雾流以控制打印精度。
17、打印机模块：包含通信接口、摄像接口、进气口、网线接口、电源开关、预留通气接口等，可以在软件主界面的打印模式界面，点击参数打印即可进入参数打印设置界面，参数打印机包含：直线阵列、矩形阵列、圆阵列、三角形阵列、点阵列等5种参数打印模式；选择想要打印的阵列方式，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全多孔结构超高灵敏度电容式柔性压力传感器，其特征在于：包括石墨烯和金属铜的复合材料构成的电极层、含离子附着的泡沫介质层、引线和柔性封装层。
2.如权利要求1所述传感器，其特征在于：所述石墨烯和金属铜的复合材料构成的电极层的制备方法为：采用激光诱导掺铜的PI膜，在诱导石墨烯的同时还原了铜纳米粒子，在得到多孔结构的电极的同时获得很高的电导率。
3.如权利要求1所述传感器，其特征在于：所述离子附着的泡沫介质层的制备方法为：通过在pu泡沫上附着离子，使得其电容容量增大，提高响应速度，得到高灵敏度的介质层。
4.如权利要求2所述传感器，其特征在于：激光加工采用钛-蓝宝石振荡级飞秒激光器，输出功率达3.5W，中心波长800nm，重复频率85MHz，该激光器可以将多光子吸收区域限制在焦点附近的区域，以实现透明材料内部修改和3D加工。
5.如权利要求1所述传感器，其特征在于：所述引线采用气溶胶打印技术，气溶胶打印机可以打出十微米级的微米引线，线宽非常小，通过重复叠加打印，能达到1cm长度0.2Ω的极小电阻，足以支撑本专利技术设计的全多孔结构
6.如权利要求1所述传感器，其特征在于：使用PDMS柔性基底进行封装，防止石墨烯和银线被误触或者蹭掉且保证其结合性；同时封装一层PDMS增加了该传感器的柔性并且由于其表面的光滑和防水性能都使得该传感器适配更多的特殊场景。
...【技术特征摘要】
1.一种全多孔结构超高灵敏度电容式柔性压力传感器，其特征在于：包括石墨烯和金属铜的复合材料构成的电极层、含离子附着的泡沫介质层、引线和柔性封装层。
2.如权利要求1所述传感器，其特征在于：所述石墨烯和金属铜的复合材料构成的电极层的制备方法为：采用激光诱导掺铜的pi膜，在诱导石墨烯的同时还原了铜纳米粒子，在得到多孔结构的电极的同时获得很高的电导率。
3.如权利要求1所述传感器，其特征在于：所述离子附着的泡沫介质层的制备方法为：通过在pu泡沫上附着离子，使得其电容容量增大，提高响应速度，得到高灵敏度的介质层。
4.如权利要求2所述传感器，其特征在于：激光加工采用钛-蓝宝石振荡级飞秒激光器，输出功率达3....
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