[发明专利]一种微针离子凝胶压力传感器件的制备方法

说明书

本发明涉及一种微针离子凝胶压力传感器件的制备方法，属于复合材料领域。这种具有特殊结构传感器的主要特点是应变范围广、灵敏度高和响应及时等，不仅能够实现对人体大运动的实时监测，还能对人体微小的生理信号进行监测。本发明中微针离子凝胶压力传感器件的制备方法为，先将含有大量离子液体的前驱体溶液导入模具中，然后通过紫外聚合的方法制得微棱锥结构的离子凝胶，最后在其两端连接导线制备得到。本发明不仅制备方法简单，绿色环保，且制得的压力传感器具有较高的灵敏度和较宽的压力响应范围，为未来柔性压力传感器在人体运动监测和医疗健康监测等领域的广泛应用提供了研究思路。

技术领域

本发明涉及一种微针离子凝胶压力传感器件的制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

近年来，随着新型医疗监测、人机交互、可穿戴电子产品等领域的蓬勃发展，柔性压力传感器备受关注。传统的薄膜基传感器的研究已经取得了一定的研究进展，但通常为了方便压力传感器的应用，传感器的厚度只有几十到几百微米，能够被压缩的距离非常有限，因此薄膜基压力传感器一般表现出较低的灵敏度。那么制备出高灵敏度的压力传感器不能通过简单的薄膜结构来实现。在薄膜上构建微结构，通过增加其受力时的接触面积，从而大大增加其受力的形变范围，达到提高传感器灵敏度的效果。具有微棱锥阵列的离子凝胶因其独特的结构在柔性压力传感器领域研究广泛。

发明内容

本发明所要解决的问题在于针对现有薄膜基传感器灵敏度低、应变范围小的不足，提供了一种微针离子凝胶压力传感器件的制备方法。这种具有特殊结构传感器的主要特点是应变范围广、灵敏度高和响应及时等，不仅能够实现对人体大运动的实时监测，还能对人体微小的生理信号进行监测。本发明中微针离子凝胶压力传感器件的制备方法为，先将含有大量离子液体的前驱体溶液导入模具中，然后通过紫外聚合的方法制得微棱锥结构的离子凝胶，最后在其两端连接导线制备得到。本发明不仅制备方法简单，绿色环保，且制得的压力传感器具有较高的灵敏度和较宽的压力响应范围，为未来柔性压力传感器在人体运动监测和医疗健康监测等领域的广泛应用提供了研究思路。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

(1)前驱体溶液的制备：依次加入正硅酸四乙酯(TEOS)、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim][BF₄])、N，N’-亚甲基丙烯酰胺(MBA)、N，N-二甲基丙烯酰胺、酮戊二酸和盐酸溶液，在氮气通入的条件下，磁力搅拌一定时间得到混合均匀的离子溶液，将此离子溶液避光放置在恒定温度的烘箱中持续加热一段时间，得到前驱体溶液；

(2)模具的选择：选择具有特定尺寸、特定材质的模具；

(3)微针阵列离子凝胶的制备：将上述步骤(1)制得的前驱体溶液滴入选定的膜具中，在烘箱中放置一段时间，用一定强度的紫外光照射使其充分聚合。最后，通过一段时间的干燥得到微针阵列离子凝胶；

(4)微针阵列的离子凝胶基传感器的制备：将上述步骤(3)中的离子凝胶作为传感元件，通过在其两端连接导线得到离子凝胶基传感器。

作为优选，步骤(1)中正硅酸四乙酯(TEOS)的用量为0.1-1g，1-丁基-3甲基-咪唑四氟硼酸盐的用量为5-10g，N，N’-亚甲基丙烯酰胺(MBA)的用量为1-2g，N，N-二甲基丙烯酰胺的用量为0.4％MBA，酮戊二酸用量为1-3mg，盐酸溶液的浓度为1-20mmol/L，用量为0.1-1mL。氮气通入时间为10-30min，磁力搅拌时间为1-2h，恒定烘箱温度条件为10-60℃，加热时间为1-30h；

作为优选，步骤(2)中模具的尺寸为，微针高度为1-500μm，微针底边长度为1-500μm，微针底边宽度为1-500μm，微针阵列为10×10，材质为具有强疏水性的PDMS材料；