[发明专利]一种石墨烯/碳纳米管（CNTs）柔性压力传感器及制作方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯/CNTs柔性压力传感器及制作方法，具体涉及柔性电子皮肤领域。所述柔性压力传感器的制备方法如下：首先，用预聚物与固化剂混合制得PDMS。然后，制备PS微球阵列。接着，将PS微球阵列转移至PDMS表面。下一步，均匀涂覆上石墨烯/CNTs混合导电溶液。再下一步，在一端放上铜线涂上铜膏。最后，将用上述步骤制作的两个电极带导电涂层的那一面，面对面贴合在一起，并用绝缘胶带固定。本发明提供的制备方法操作简便，成本低廉，且传感器的形状、大小可调，还可以通过调节PS微球阵列的尺寸、导电涂层的层数来改变传感器的灵敏度。

技术领域

本发明属于柔性电子皮肤领域，具体涉及一种石墨烯/CNTs柔性压力传感器及制作方法。

背景技术

柔性压力传感器是柔性电子皮肤的重要组成部分。压力传感器，也被称为触觉/应变传感器，近年来引起了许多研究者的关注，特别是针对基于电子皮肤的柔性压力传感器。由于其独特柔性、耐久性、生物相容性以及轻量级、柔性应变和压力传感器能够紧密地附着在人体皮肤上的优点，使其便于实时监测各种生理信号，如心率、脉搏和呼吸节律等。碳纳米管和石墨烯是具有优异力学和电学性能的纳米碳材料。多壁碳纳米管的拉伸强度为11～63GPa，杨氏模量为270～950GPa，电导率是286S/m；石墨烯的拉伸强度约为130GPa，杨氏模量为1TPa，是室温下导电最好的材料。

使用微图案化弹性体制造的压力传感器比硅基传感器更具灵活性。然而，对于大多数可穿戴设备而言，它们仍然不易操作且太昂贵。因此，仍然非常需要一种既经济又易于制造的灵活、灵敏的压力传感器。本发明提供了一种在PDMS柔性基底上覆盖单层PS微球阵列，以增强传感器的灵敏度，并涂覆有石墨烯/CNTs混合涂料作为导电介质。具有成本更低，易于操作，性能好的优点。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供了一种石墨烯/CNTs柔性压力传感器及制作方法，操作简便，成本低廉，且传感器的形状、大小可调，还可以通过调节PS微球阵列的尺寸、导电涂层的层数来改变传感器的灵敏度。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种石墨烯 /CNTs柔性压力传感器，其特征在于，包括：PDMS(1)、PS微球阵列(2)、石墨烯/多壁碳纳米管混合导电涂层(3)、铜膏(4)、铜线(5)、绝缘胶带(6)。所述PDMS(1)为预聚物与固化剂按10∶1比例均匀混合后，放置在60℃的鼓风干燥箱中制得的，所述PS微球阵列(2)是通过微球自组装得到的，所述多壁碳纳米管型号为GM-401，所述铜线(5)直径为0.5 mm，所述绝缘胶带(6)起到贴合、固定上下两个电极的作用。

进一步，所述PDMS(1)可以通过改变其固化时的温度来调节硬度。

进一步，所述PS微球阵列(2)的制备难易和对传感器灵敏度的影响与微球直径大小相关。

进一步，所述石墨烯/多壁碳纳米管混合导电涂层(3)的导电性，在 1～3层内，随着导电涂层的层数增加而显著增强。

进一步，所述铜膏(4)的浓度对传感器的整体电阻大小会有影响。

进一步，所述绝缘胶带(6)的宽度为0.5cm。

所述的一种石墨烯/CNTs柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将预聚物与固化剂按10∶1的比例混合，充分搅拌后静置，待气泡逸至溶液表面并破裂后，放入60℃的电热恒温鼓风干燥箱中约30分钟，得到PDMS。

S2：用微枪量取约100微升体积的PS微球和酒精的混合液，滴在盛有清水的碗状容器中，让微球自由组合大约2分钟，然后取少量表面活性剂例如洗洁精，浸于水面，将微球聚拢到一起，形成排列有序且紧密的PS 微球阵列。

S3：将制得的PDMS用氧等离子轰击，使得PDMS表面亲水，然后用镊子夹住PDMS，捞取漂浮于水面的PS微球阵列，放入鼓风干燥箱中进行常温干燥。