[发明专利]一种柔性拉伸传感器的制备方法

说明书

本发明涉及一种柔性拉伸传感器的制备方法，是以具备良好机械性能和热稳定性的全氟磺酸薄膜为基础材料，经过预处理的全氟磺酸膜在膨胀状态下，通过化学镀铂的方法，在其表面制备金属电极，经过干燥处理后，用铜胶带将导电铜线固定在薄膜两端，再用3M胶带将其缠绕一圈，制备出表面具有脊状微观结构的柔性拉伸传感器。实现了精确检测手指弯曲动作及弯曲程度，人吞咽喉咙的实时监测等人体的微小运动。本发明所制备的柔性拉伸传感器具有高灵敏度、高拉伸性、稳定性好、制备成本低、制备方法简单等优势，为不使用模具直接构建柔性拉伸传感器的微观结构提供了行之有效的新思路，在生物医学传感器领域具有很大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及传感器的制备领域，特别涉及一种柔性拉伸传感器的制备方法。

背景技术

近年来，柔性电子应变传感装置发展迅速，可用于检测人体各种生理活动，包括手、臂、腿的大运动，以及呼吸、吞咽、肌肉振动、血压、眼压等小动作。可穿戴式电子传感器将生理主动信号以信号转导的形式转化为视觉电信号，它们在人类临床诊断、健康监测、柔性电子皮肤、柔性机器人等方面具有巨大的应用潜力。大多数柔性传感器，都是通过在柔性传感器的电极或介电层上制备复杂表面微结构来提高传感器的灵敏度。最常见的方法是通过光刻法直接制造。光刻技术用于生产光刻胶图案，然后对氧化层进行蚀刻，可以制备具有精确尺寸的特征图形，例如金字塔和微圆顶微结构。另一种方法是使用具有成本效益且容易获得的生物模板。荷叶是一种常用的模板，其表面具有微塔结构，可以通过复制成型方法将其转印到弹性体表面，这是一种软光刻。制造具有微结构的模具的另一种方法是使用盐和糖等较易溶解的材料作为牺牲材料。例如，可以将速溶糖粉和盐颗粒的混合物倒入聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜的表面，从而制备具有微结构的模板。这为创建微图形模具提供了更具成本效益和时间效益的方法，但模具必须为每个样品重新制作。

发明内容

本发明寻求一种制备方法简便高效、灵敏度高、稳定性好的柔性拉伸传感器制备方法，突破传统柔性传感器制备过程复杂、制造成本高的缺点，为生物医学、智能软体机器人、可穿戴设备、电子皮肤等领域内，柔性传感器的设计与开发提供一种行之有效的新方法。

本发明的技术方案是以具有良好机械性能和热稳定性的全氟磺酸膜为柔性传感器的基础材料，经过预处理的全氟磺酸膜在膨胀状态下，通过化学镀铂的方法，在其表面制备金属电极，经过干燥处理后，用铜胶带将导电铜线固定在薄膜表面，再用3M胶带缠绕一圈，至此，制备出表面具有脊状微观结构的柔性拉伸传感器。

全氟磺酸膜通过在质量分数为5％的过氧化氢水溶液和硫酸水溶液中浸泡，去离子水中煮沸等操作，除去全氟磺酸膜中的无机杂质，提高化学镀的镀件质量，通过化学镀铂的方法在全氟磺酸膜表面制备金属电极，在烘箱中干燥处理后，用铜胶带将导电铜线固定在薄膜的两端，再用3M胶带对铜胶带和薄膜缠绕一圈，至此，制得表面具有脊状微观结构的柔性拉伸传感器，将制备的传感器安装在手指关节和喉咙处，成功检测人体的微小动作。

具体工艺过程如下：

1)全氟磺酸膜的预处理：

a.所需原始材料：全氟磺酸膜、过氧化氢试剂(30％)、浓硫酸(98％)试剂、去离子水、四氨合氯化铂、异丙醇、硼氢化钠；

b.预处理过程：将全氟磺酸膜切割成尺寸为30mm乘30mm的正方形，将切割好的全氟磺酸膜浸泡在质量分数5％的过氧化氢水溶液中4小时，随后在去离子水中煮沸1小时，取出；在质量分数5％的硫酸水溶液中浸泡4小时，再在去离子水中煮沸1小时，取出；

2)金属电极的制备：