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专利号: 2024112012817
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:

1.一种传感层的制备方法,其特征在于,包括以下制备步骤:

S1.处理柔性基底:在承载板上旋涂PDMS混合液,然后脱脂,吹干,脱水,用惰性气体高能等离子轰击PDMS表面,得到的PDMS柔性基底进行氧等离子清洗,得到羟基化的PDMS柔性基底,将羟基化的PDMS柔性基底浸渍在PVA溶液中,吹干后加热,重复浸渍‑干燥的步骤多次得到处理好的PDMS柔性基底;

S2.对处理好的PDMS柔性基底进行修饰制备表层金属层:将MXene/微球油墨喷涂到处理好的PDMS柔性基底表面,完成喷涂后将附有MXene/微球涂层的PDMS柔性基底热解去除微球后,得到沉积介孔结构MXene薄膜的柔性基底,然后将沉积介孔结构MXene薄膜的柔性基底置于金属离子的溶液中,在MXene涂层上生长金属纳米线,得到表层金属层。

2.根据权利要求1所述的一种传感层的制备方法,其特征在于,PDMS混合液采用质量比为9‑11:1的PDMS主剂与硬化剂,利用抽真空的方式使混合液中的气泡浮至表面并破裂;

PDMS混合液的旋涂转速为40‑60rpm,旋涂时间为1‑5分钟,承载板旋涂PDMS混合液后在烘箱中干燥硬化1‑5小时;用惰性气体高能等离子轰击PDMS表面时,轰击条件为:氮气/氩气流量为50‑120sccm、真空压力为0.6‑0.8mbar,功率200‑400w,轰击时间为8‑12分钟;得到的PDMS柔性基底进行氧等离子清洗的清洗条件为:氧气流量为50‑100sccm,压力为0.6‑0.8mbar,功率100w,1‑7分钟;PVA溶液质量分数为0.5‑2wt%,配置PVA溶液时,将PVA加入纯净水中并在室温下搅拌30‑50分钟,加热至90‑120℃搅拌30‑50分钟,最后,在50‑70℃下搅拌12小时以上,羟基化的PDMS柔性基底在PVA溶液中的浸渍时间为8‑13分钟,吹干后加热的具体过程为:用氮气吹干后,并在100‑120℃的热板上加热10‑20分钟。

3.根据权利要求1所述的一种传感层的制备方法,其特征在于,喷涂的过程中,每次喷涂前确保MXene/微球油墨中的水份蒸发,多次喷涂直至MXene/微球沉积量约为0.1‑0.3mg/2

cm;热解去除微球的步骤为:完成喷涂后将附有MXene/微球涂层的PDMS柔性基底置于干燥箱中干燥,然后在真空烧结炉中热解去除微球,在惰性气体的保护下,在350‑500℃的高温下热解处理13‑20分钟,使涂层内部微球炸裂,留下内部中空孔洞;高温热解前,真空烧结炉中多次抽充惰性气体,排除氧气;真空烧结炉的升温温度控制在100℃/分钟以上,避免微球受热融化。

4.根据权利要求1‑3任意一项所述的传感层的制备方法制成的传感层。

5.一种传感器,其特征在于,包括权利要求1‑3任意一项所述传感层的制备方法制成的传感层、电极层、处理好的PDMS柔性基底、封装层。

6.根据权利要求5所述的传感器,其特征在于,包括以下制备步骤:

S1.分别制备微球分散液和MXene溶液,将微球分散液逐滴添加到MXene溶液中来进行静电自组装,缓慢搅拌混合后的MXene/微球分散液,搅拌过程中,自身带负电荷的MXene纳米片通过静电自组装包裹在微球的表面,搅拌后浓缩得到需要制备的MXene/微球油墨;

S2.将制备得到的MXene/微球油墨喷涂到处理好的PDMS柔性基底表面得到表层金属层,制备传感层;

S3.制备柔性电极薄膜:使用柔性薄膜作为基底,得到的柔性基底均匀喷涂光刻胶,将附有光刻胶的柔性薄膜烘干固化光刻胶,用喷墨打印机在菲林片上打印所需的叉指电极图案作为掩模板;将掩模板图案面紧贴固化后的光刻胶涂层,紫外曝光后,去除图案部分的光刻胶;得到的样品进行氩气和氧气的等离子清洗后,在表面依次磁控溅射钛层、铜层、金层;

通过脱模剂去除剩余光刻胶及之上的金属层,得到图案化的叉指电极层;

S4.组装:使用铜线通过导电银浆与叉指电极的两个电极相连,建立外电路,在顶层涂覆PDMS作为固定剂,对处理好的PDMS柔性基底以及上述步骤所得的传感层、柔性电极薄膜进行氧等离子处理,按照封装层-电极层-传感层-处理好的PDMS柔性基底-封装层的顺序,垂直平面贴合;所述封装层为柔性薄膜。

7.根据权利要求6所述的传感器,其特征在于,制备微球分散液的具体步骤为:将制备好的微球溶液通过超声处理分散在阳离子聚合物聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液PDDA中,得到混合物,混合物搅拌后,用水性滤膜过滤,并用去离子水洗涤去除阳离子聚合物聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液PDDA,重新将水性滤膜滤膜上的微球分散在去离子水中,获得带正电的微球分散液;制备MXene溶液的具体步骤为:将MXene粉末溶解在水中,在惰性气体保护下,超声20‑40分钟,得到MXene分散液,然后将MXene分散液离心取上清液即为MXene溶液。

8.根据权利要求6所述的传感器,其特征在于,微球为聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚苯乙烯‑共‑丙烯酸酯共聚物微球、聚乳酸微球中的一种或多种,微球平均直径在

0.5‑2微米。

9.根据权利要求6所述的传感器,其特征在于,所述步骤S1中,静电自组装时,微球与MXene的质量比为1:2;所述步骤S3和所述步骤S4中的柔性薄膜的材质为柔性绝缘材料,为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氨酯的一种或多种;所述柔性薄膜为聚酰亚胺。