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专利号: 2022114693128
申请人: 桂林电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种柔性温度‑应力传感器的制备工艺,其特征在于,包括以下步骤:

步骤一、采用PDMS溶液通过旋涂法制备柔性衬底;

步骤二、将碳纳米管溶液与MXene纳米片溶液按1:1的体积比混合,对混合溶液超声处理后过滤,将滤液置于真空烘箱中干燥,制备MXene‑CNTs应力复合薄膜;

步骤三、将导电性增强剂与PEDOT:PSS水溶液按3 4:1的体积比混合得到混合液,然后~

与混合液按照1:1的质量比加入碳纳米管‑石墨烯碳材混合物,最后加入10倍碳材混合物重量的十二烷基苯磺酸钠粉末;将混合溶液充分搅拌混合,进行超声处理,将上述溶液过滤,并将滤液置于真空烘箱中干燥,制备PEDOT:PSS‑CNTs‑石墨烯热敏复合薄膜;

步骤四、通过化学气相沉积法制备SiC薄膜作为介电层;

所述介电层的制备方法具体为:采用单晶硅作为基底,四甲基硅烷作为反应气源,氢气作为载气,本底真空度小于3.0×10‑4Pa,镀膜前,利用射频电源将通入真空室的H2激活成等离子体并保持20min,薄膜沉积过程中,由质量流量控制器调节工作气体的流量,并利用射频电源电离气体分子,从而沉积SiC薄膜,镀膜后,对SiC薄膜进行30min的H2处理,即可得到所述的介电层;

步骤五、制备等效神经导电网络结构的电极层;等效神经导电网络结构,由上电极层和下电极层以及位于上下电极层间的导电复合薄膜组成;通电时,导电复合薄膜中突起的纳米片与上层电极接触,形成多个刺激电极,又通过掺杂在导电复合薄膜中的一维导电材料网络连通到下层的电极,形成一个完整的导电通路;其微观结构的等效神经网络可分为3个网络层,分别是输入层B1,隐藏层B2和输出层B3,每个网络层都包含有多个神经元,每个神经元都会跟相邻的前一个层的神经元有连接,实现电路输入输出的闭合传导;

步骤六、对以上步骤制得的应力复合薄膜层、介电层、热敏复合薄膜层、电极层进行等离子体处理,将柔性衬底、电极层、应力复合薄膜、介电层、热敏复合薄膜、电极层、柔性衬底按从下到上的顺序进行垂直贴合,贴合时上电极层的引线按X轴方向摆放,下电极层的引线方向按Y轴摆放进行垂直贴合,制备柔性温度‑应力传感器。

2.根据权利要求1所述的一种柔性温度‑应力传感器的制备工艺,其特征在于,所述电极层的制备方法具体为:E1、制备丝网印版:将图案绘制到丝印网刷上,将丝印网纱四周嵌装边框并涂抹感光胶,放在阳光下感光及晾干;擦去图案表面的感光胶,得到丝网印版,得到的丝网印版呈现9×9矩形阵列,每个圆的直径为100 200um,厚度为10 20um;

~ ~

E2、制备导电浆料:将导电银浆加入玻璃杯内,加入适量的开油水,使用玻璃棒充分混合两种材料,直至玻璃棒上的导电银浆可以拉丝流下即可;

E3、安装丝网印版和承印物:使用无水酒精冲洗承印物的表面,然后烘干,将其平整的安装在印刷台上,并在承印物的上方平铺固定丝网印版;

E4、印刷电极层:将导电银浆装填到丝网印版的一侧,使用刮板在模板上重复刮涂2 3~

次,使导电银浆透过网孔印刷到底层承印物上,然后将承印物烘干,使导电银浆充分固化,将其取下得到电极层。

3.根据权利要求1所述的一种柔性温度‑应力传感器的制备工艺,其特征在于,步骤一中,以经过丙酮、无水乙醇和DI清洗后的干净硅片作为基底,先在2000rpm转速下搅拌30秒旋涂质量比为10:1的固化剂‑柔性硅胶混合液,再以转速为1500rpm进行10秒钟旋涂PDMS溶液,然后将附有PDMS的硅基片置于恒温加热台上以80°C温度固化120‑150分钟,待PDMS固化后,将其取下,经过剪裁得到柔性衬底。

4.根据权利要求1所述的一种柔性温度‑应力传感器的制备工艺,其特征在于,所述步骤二的碳纳米管溶液的制备方法为:取碳纳米管粉末加入体积比为1:3的浓HNO3和浓H2SO4混合液中,超声5h,冷却,沉淀去除残余酸液,然后用蒸馏水洗涤多次,过滤,直至用PH试纸进行酸碱度比对溶液为中性,在110°C的温度下烘干,得到酸化的碳纳米管;将酸化处理过的碳纳米管溶于十二烷基苯磺酸钠的去离子水中,超声处理30分钟形成碳纳米管溶液。

5.根据权利要求1所述的一种柔性温度‑应力传感器的制备工艺,其特征在于,所述MXene纳米片溶液的制备方法为:将MAX粉末与刻蚀剂混合搅拌,然后离心并过滤混合物以分离出固体,随后用去离子水洗涤直到pH值达到4~6,此时获得手风琴状结构的多层MXene,进一步离心和超声处理得到单层或少层的二维MXene纳米片溶液。

6.根据权利要求1所述的一种柔性温度‑应力传感器的制备工艺,其特征在于,所述步骤二制备应力复合薄膜时,混合溶液的超声处理时间为40min,采用孔径为200nm的滤膜过滤,真空烘箱温度80℃。

7.根据权利要求1所述的一种柔性温度‑应力传感器的制备工艺,其特征在于,所述步骤三制备热敏复合薄膜时,采用1.3wt%PEDOT:PSS水溶液,PEDOT与PSS之比为5:8。

8.根据权利要求1所述的一种柔性温度‑应力传感器的制备工艺,其特征在于,所述步骤三制备热敏复合薄膜时,采用超声分散仪对混合溶液进行45min的冰水浴处理;采用孔径为200nm的滤膜过滤,真空烘箱温度80℃。

9.一种柔性温度‑应力传感器,其特征在于,采用如权利要求1‑8任意所述的一种柔性温度‑应力传感器的制备工艺制作而成,其中,所述介电层上径向开设呈哑铃结构的槽孔。