[发明专利]功能薄膜及其制备方法、柔性压力传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种功能薄膜的制备方法，包括：在第一柔性薄膜的一表面上形成铁电材料的前驱体层，然后采用激光对该表面进行辐照，使得该表面形成复合微结构，复合微结构包括石墨烯微结构和嵌设于石墨烯微结构内部和/或表面的铁电材料颗粒，得到功能薄膜，其中，复合微结构的表面低于第一柔性薄膜的表面而形成自第一柔性薄膜表面延伸至复合微结构的凹槽。本发明还提供该制备方法得到的功能薄膜，以及基于该制备方法的柔性压力传感器及其制备方法。本发明的功能薄膜的制备方法简单，输出性能优异，基于该功能薄膜制备的柔性压力传感器具有密封性好、灵敏度高等性能优势。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及功能薄膜及其制备方法、柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

目前智能可穿戴式传感器均采用各式的化学能电池供电，需要定期更换，且回收难度大，会对环境造成污染。而自发电的柔性压力传感器能够将生物体的机械能转化成电能，以实现对柔性压力传感器提供近乎终生的能量。

但是，传统自发电的柔性压力传感器主要依靠于微结构的作用，而微结构的制备多采用微电子机械系统加工技术，涉及腐蚀、键合、光刻、氧化、扩散以及溅射等一系列复杂工艺，虽然可以实现微结构精确、批量制作，但是设备依赖性高，技术难度大，成本较高。另外，采用当前3M胶带等常规封装工艺获得的柔性压力传感器的密封性欠佳，水汽、体液等容易进入柔性压力传感器中，使得其接触起电效应在潮湿环境中大打折扣。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种功能薄膜及其制备方法、柔性压力传感器及其制备方法，所述制备方法工艺简单，获得的功能薄膜输出性能优异，基于该功能薄膜制备的柔性压力传感器具有密封性好、灵敏度高等性能优势。

一种功能薄膜的制备方法，包括：

(1)提供第一柔性薄膜和含有铁电材料前驱体的悬浮液；

(2)将所述悬浮液形成于所述第一柔性薄膜的一表面，以在所述表面形成前驱体层；

(3)采用激光对所述第一柔性薄膜带有所述前驱体层的表面进行辐照，使得所述第一柔性薄膜的表面形成石墨烯微结构，所述铁电材料前驱体转变成铁电材料颗粒并嵌设于所述石墨烯微结构内部和/或表面，形成复合微结构，得到功能薄膜，其中，所述复合微结构的表面低于所述第一柔性薄膜的表面而形成自所述第一柔性薄膜表面延伸至所述复合微结构的凹槽。

在其中一个实施例中，所述激光辐照形成的凹槽的深度为2μm～20μm，重复进行步骤(2)与步骤(3)，即在步骤(3)的激光辐照之前，均进行步骤(2)于原位重新形成前驱体层，所述重复的次数为5次～50次。

在其中一个实施例中，所述激光辐照的条件包括：激光波长大于355nm，激光辐照速度为100mm/s～3000mm/s，激光单脉冲能量为10μJ～300μJ，激光脉宽小于10ps。

在其中一个实施例中，所述第一柔性薄膜用于承载所述悬浮液的表面包括有-OH、-COOH中的至少一种官能团。

在其中一个实施例中，采用紫外线照射或采用等离子体处理所述第一柔性薄膜，以使所述第一柔性薄膜的表面形成有-OH、-COOH中的至少一种官能团。

在其中一个实施例中，所述紫外线的波长小于355nm，所述紫外线照射的时间为0.5h～72h；所述等离子体的发生气体包括氧气、氢气、氮气中的至少一种，所述等离子体处理的时间为10s～15min。

在其中一个实施例中，所述铁电材料前驱体包括钛酸锶前驱体、钛酸钡前驱体中的至少一种。

在其中一个实施例中，采用旋涂的方法将所述悬浮液置于所述第一柔性薄膜的表面，所述旋涂的速度为200rpm～5000rpm，时间为10s～60s。