[发明专利]精密图案化三维多孔石墨烯的制备及其精准转印方法和应用

说明书

本发明公开了一种精密图案化三维多孔石墨烯的制备及其精准转印方法和应变传感应用。包括以下步骤：旋涂法制备聚二甲基硅氧烷基底并加热固化；在PDMS基底表面旋涂酚醛树脂聚合物溶液制得酚醛树脂薄膜；利用激光诱导技术在酚醛树脂薄膜上制备图案化的激光诱导石墨烯；在激光诱导石墨烯表面旋涂浇筑一层Ecoflex硅胶前体聚合物，加热固化后揭起上层Ecoflex薄膜，即可实现精密图案化激光诱导石墨烯的精准转印；将导线连接于图案化电极的接线处，旋涂覆盖Ecoflex硅胶前体聚合物，加热固化得到三明治结构的石墨烯应变传感器。本发明可快速高效制备精密图案化三维多孔石墨烯，可精准转印精密图案化激光诱导石墨烯。

技术领域

本发明涉及生物传感器技术领域，一种精密图案化三维多孔石墨烯的制备及其精准转印方法和应用。

背景技术

石墨烯及其衍生物以其独特的二维几何形状、轻质、柔韧性、半透明度以及优异的传输和机械性能被认为是最适合作为可穿戴传感器的候选材料之一。基于石墨烯的柔性可穿戴传感器已经被广泛研究，有很多种制备方法。主要采用机械剥离，化学气相沉积，液相剥离，氧化石墨烯还原等方法制得石墨烯层，然后通过石墨烯转印技术将石墨烯转移至柔性基底。上述制备过程操作繁琐费时，并且不易实现石墨烯的图案化制备，限制了石墨烯在柔性传感中得广泛应用。

激光诱导石墨烯技术被认为是一种有前景的制备方法，因其可以大规模制备石墨烯，并可以实现无掩模图案化制备。激光诱导石墨烯通常以聚酰亚胺为基材制备，由于激光诱导石墨烯与聚酰亚胺基底结合紧密，硅胶浇筑法转移聚酰亚胺为基底的激光诱导石墨烯成功率低，特别是对于微米级图案的转移。以上技术挑战限制了石墨烯在柔性传感领域的广泛应用。因此，十分有必要开发一种制备成本低，制备过程简单的精密图案化石墨烯的精准转印方法。

发明内容

针对现有石墨烯柔性传感器制备过程中存在的石墨烯图案化制备以及柔性转移困难的问题，本发明提供了一种激光诱导石墨烯及其精准转印方法，采用该方法可快速制备图案化三维多孔石墨烯，并实现完整转移。通过该方法制备的三明治结构柔性应变传感器，制备过程简单，应变灵敏度高。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种精密图案化三维多孔石墨烯的制备及其精准转印方法

包括以下步骤：

步骤S1：在洁净玻璃板表面旋涂PDMS聚合物溶液并加热固化制得PDMS基底；

步骤S2：在步骤S1中得到的PDMS基底表面旋涂酚醛树脂聚合物溶液，室温(25℃)干燥制得酚醛树脂薄膜；

步骤S3：利用激光诱导技术在步骤S2得到的酚醛树脂薄膜上制备图案化的激光诱导石墨烯，之后用无水乙醇冲洗去除多余的酚醛树脂；

步骤S4：在步骤S3得到的激光诱导石墨烯表面旋涂浇筑一层Ecoflex硅胶前体聚合物，真空除去Ecoflex硅胶前体聚合物中的气泡并加热固化形成Ecoflex薄膜，使激光诱导石墨烯的图案转移至Ecoflex薄膜上，揭起上层Ecoflex薄膜，即实现图案化激光诱导石墨烯的精准转印。

所述步骤S1中，PDMS聚合物溶液主要由质量比为10:1的PDMS前体聚合物与固化剂混合得到；固化温度为75℃，固化时间为1.5h；旋涂转速为600r/min，旋涂时间为30s。

所述步骤S2中，酚醛树脂聚合物溶液由酚醛树脂和无水氯化铁溶解在无水乙醇中制得，酚醛树脂与无水氯化铁浓度分别为0.6g/mL和4mg/mL；旋涂转速为800r/min，旋涂时间为30s。

所述步骤S3中的激光诱导技术，激光诱导功率为3W，激光刻蚀速率为24cm/s。

所述步骤S4中，Ecoflex硅胶前体聚合物的A组分与B组分的质量比为1：1；固化温度为40℃，固化时间1h。

二、一种精密图案化三维多孔石墨烯的应变传感应用