[发明专利]一种基于纳米线作隔离层的压阻式传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米线作隔离层的压阻式传感器及其制备方法，压阻式传感器包括导电基底、隔离层和导电聚合物膜，隔离层为纳米线。利用微观的纳米线网络结构调控宏观材料的电学接触，同时保证两层活性材料既能良好接触又能对外界压力有大的响应。将纳米线作隔离层，纳米线电纺在平整的导电基底上；将导电聚合物膜较为不平整的一面与纺有纳米线的导电基底接触，形成高灵敏度的压阻式传感器。本发明的制备方法简单且成本低。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，更具体地，涉及一种基于纳米线作隔离层的压阻式传感器及其制备方法。

背景技术

当受到外界力时，将伴随着器件内部机械形变而来的电阻变化转换成可显示的电流变化是压阻式传感器的工作原理。由于压阻式传感器器件构造简单，成本低和信号易于采集等优点，其在可穿戴电子设备、人机界面和电子皮肤等众多领域展现出宏大的应用前景。灵敏度，即相对电阻或相对电流强度随外界压力变化快慢，是压阻式传感器的一个至关重要的性能参数，提高灵敏度是获得高性能压阻式的关键之一。

压阻式传感器在相同外力下，大的相对电阻变化对应高的灵敏度。为提高其灵敏度，当前的研究主要集中于使活性传感材料的表面变粗糙，使压阻式传感器在施加外界压力前后有很大的接触电阻变化，从而显示出大的灵敏度。例如2014年Park等人将碳纳米管和PDMS混合液浇铸微半球体阵列后，两层之间的挤压后表现出15.1kPa^-1的灵敏度；又如Su等人在2015年利用树叶为模板浇铸PDMS形成树叶形貌的表面凹凸不平的结构，通过表面修饰有导电材料后，将两块该PDMS的凹凸不平的面相互挤压，获得的灵敏度高达50.17kPa^-1。但由于这些方法工艺复杂、流程繁多，限制了它们的发展。

另一种可行的方法是引入触摸传感器中使用隔离层的思想。在触摸传感器中，作为探测外界压力的隔离物，有规律地分布在两层电极之间，可以实现对压力空间分布的探测。这样的隔离层同样可以实现对压阻式传感器的活性材料接触电阻的调控，使得在压力状态下电阻急剧减小，从而获得高的灵敏度。然而，同时要能够保证两层活性材料既能良好接触又能对外界压力有大的响应的难度很大。

由此可见，现有技术存在着不能同时保证两层活性材料既能良好接触又能对外界压力有大的响应的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于纳米线作隔离层的压阻式传感器及其制备方法，由此解决现有技术存在不能同时保证两层活性材料既能良好接触又能对外界压力有大的响应的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于纳米线作隔离层的压阻式传感器，包括：导电基底、隔离层和导电聚合物膜，其中隔离层为纳米线。

进一步的，纳米线为聚乙烯纳米线、聚丙烯纳米线、聚乳酸纳米线、聚己内酯聚氯乙烯纳米线、聚环氧己烷纳米线、聚苯乙烯纳米线、蚕丝蛋白纳米线、聚酰胺纳米线、聚乙烯醇纳米线、聚乙烯吡咯烷酮纳米线和聚胺酯纳米线中的任意一种。

优选的，纳米线为聚乙烯醇纳米线。以PVA的水溶液为前驱体进行电纺获得，安全、环保且制备工艺简单。

进一步的，导电聚合物膜为表面褶皱的层状膜，导电聚合物膜为聚吡咯膜、石墨烯膜、聚苯胺膜、聚噻吩膜、聚乙炔膜及它们的复合膜中的任意一种。

导电聚合物膜为表面褶皱的层状膜，褶皱是为保证在不受外界压力情况下该导电聚合物膜有些地方与平整的导电基底有接触，这样才会有大的接触电阻。而在受外力的情况下，上下两个导电材料接触面积增大，接触电阻变小，显示出传感性能。

优选的，导电聚合物膜为聚吡咯膜。聚吡咯膜具有优良导电性，且表面有褶皱，容易通过电镀获得。

进一步的，导电基底为ITO玻璃片、FTO玻璃片和PET/ITO片中任意一种。