CN103294275A - 一种非接触式柔性控制器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种非接触式柔性控制器，包括：电极阵列，至少包括第一层电极及第二层电极，第一层电极和第二层电极均由若干等间距且相互平行的电极组成，第一层电极和第二层电极相互垂直；介电层，为由若干介电层模块组成的阵列，介电层模块设置于第一层电极与第二层电极交叉位置，介电层模块为透明材质；以及形成于柔性衬底表面的导电层，包括还原氧化石墨烯薄膜层，还原氧化石墨烯薄膜层为由若干还原氧化石墨烯模块阵列，还原氧化石墨烯模块设置于由第一层电极和第二层电极形成的空间内、且与第一层电极及第二层电极均电性连接。另外，本发明还提供了上述非接触式柔性控制器的制备方法。该柔性控制器灵敏度高。

Description

一种非接触式柔性控制器及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及光电器件，尤其涉及一种非接触式柔性控制器及其制备方法。

【背景技术】

随着信息社会的快速发展和科学技术的不断进步，传感器技术是当今世界一项令人瞩目的高新技术，因具有模拟人类的眼睛、鼻子、舌头、耳朵以及皮肤等感知器官的功能而被广泛的应用在各个领域。而作为传感器的一种控制器件，它涉及微电子技术、计算机技术、信号处理技术、电路与系统以及传感技术等多学科的综合性技术，其应用价值不言而喻。目前，对于控制器件的研究主要集中在触摸控制器上，例如，触摸板和触摸屏，触摸控制器是一种技巧化了人们对计算机操作使用的器件，它利用了一种极有发展前途的交互式输入技术，把各种各样的信息以文字、图像、音乐、动画、信号等多种形式直观形象方便地传递给人们，因而受到各国的普遍重视并投入大量的人力、物力对其进行研究。

目前市场上应用的触摸控制器存在较大的缺陷。首先，对于触摸控制器需要触摸，在触摸过程中会对检测装置的机械结构造成损坏，长期接触易使触摸界面受污染、受损、老化，导致触摸屏触摸精度下降、寿命缩短；其次，大多数触摸控制器表面硬度较大，一般采用ITO导电薄膜，由于ITO导电薄膜材料价格昂贵、制备工艺复杂等缺点，从而限制了触摸控制器的应用范围；再次，

目前的触摸控制器的触摸屏幕所使用的材质透光较差，从而影响显示画面的清晰度，以及长期使用后出现坐标漂移而影响使用精度等问题。

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。由于石墨烯良好的电导性能和透光性能，使它在透明导电电极方面有非常好的应用前景。但是，目前的石墨烯生产由于种种原因，还仅停留于实验室阶段，而用石墨烯制造的传感器，目前也表现出了照片响应差、精度低、噪音多等问题，这主要是由于目前尚难以制备具有良好结构的石墨烯，而一般只能得到具有羟基、环氧基、羧基等含氧基团的氧化石墨烯（graphene oxide；GO），由于这些含氧基团破坏了石墨烯的大π共轭体系，使其电阻要远远高于石墨烯。

还原氧化石墨烯（reduced graphene oxide；RGO）不但具有石墨烯良好的性能，同时，与石墨烯不同的是其电阻更低。但是，在目前公开的技术中，如何将还原氧化石墨烯薄膜层应用于传感器中尚未有类似的报道，将RGO应用于传感器的控制器创造性的解决了实际中难以解决的技术难题。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术触摸控制器精确度低的缺陷，提供一种灵敏度高的非接触式柔性控制器。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种非接触式柔性控制器，包括：

电极阵列，所述电极阵列至少包括第一层电极及第二层电极，所述第一层电极和所述第二层电极均由若干等间距且相互平行的电极组成，所述第一层电极和所述层第二电极相互垂直；

介电层，为由若干介电层模块组成的阵列，所述介电层模块设置于所述第一层电极与所述第二层电极交叉位置，所述介电层模块为透明材质；以及

形成于柔性衬底表面的导电层，所述导电层包括还原氧化石墨烯薄膜层，所述还原氧化石墨烯薄膜层为由若干还原氧化石墨烯模块组成的阵列，所述还原氧化石墨烯模块设置于由所述第一层电极和所述第二层电极形成的空间内、且与所述第一层电极及所述第二层电极均电性连接。

在本实施例中，组成所述第一层电极和所述第二层电极的电极宽度小于所述还原氧化石墨烯模块之间的距离。

在本实施例中，组成所述第一层电极和所述第二层电极的电极包括主路电极及支路电极，所述第一层电极和所述第二层电极的主路电极相互垂直，所述第一层电极和所述第二层电极的支路电极相互平行，所述第一层电极和所述第二层电极的支路电极分别电性连接于所述还原氧化石墨烯模块。

在本实施例中，所述第一层电极和所述第二层电极的电极由Au、Ag、Pt、Ni、Cd、In、Cu中的任意一种材料或者二种以上材料的组合制备而成。

在本实施例中，所述第一层电极及所述第二层电极的厚度为10nm～500μm。

在本实施例中，所述介电层为PDMS或石蜡或透明绝缘聚合物，其中，所述透明绝缘聚合物为环氧A、B胶或液体硅胶或玻璃胶水或溶液化聚对苯二甲酸类塑料。

在本实施例中，所述介电层的厚度大于10nm。

在本实施例中，所述还原氧化石墨烯模块由单层石墨烯薄片组成或由多层石墨烯薄片叠加而成。

在本实施例中，所述还原氧化石墨烯模块之间的距离为0.01cm～5cm。

在本实施例中，所述还原氧化石墨烯模块的透光率为50%～95%，厚度为20nm～500nm，电阻为10⁵Ω～10⁶Ω。

在本实施例中，所述导电层还可以是碳纳米管或功能化石墨烯或半导体氧化物纳米线，其中，半导体氧化物纳米线优选为氧化锡纳米线或氧化锌纳米线。

另外，本发明还提供了一种非接触式柔性控制器的制备方法，包括下述步骤：

步骤S310：制备还原氧化石墨烯薄膜；

步骤S320：将所述还原氧化石墨烯薄膜转移至柔性衬底表面，形成还原氧化石墨烯薄膜层，并将所述还原氧化石墨烯薄膜层分为由若干还原氧化石墨烯模块阵列；

步骤S330：基于所述还原氧化石墨烯模块，制备第一层电极；

步骤S340：在所述第一层电极上表面涂覆介电层，所述介电层为由若干介电层模块组成的阵列，所述介电层为透明材质；及

步骤S350：采用上述制备第一层电极方法制备第二层电极。

在本实施例中，所述制备还原氧化石墨烯薄膜，包括下述步骤：

步骤S311：将石墨烯或还原氧化石墨烯粉末加入到分散剂溶液中，至还原氧化石墨烯浓度为0.001-10mg/ml，其中，所述分散剂溶液中分散剂的体积分数为10%-90%，余量为水；

步骤S312：将上述得到的溶液进行处理，以形成还原氧化石墨烯均匀分散液；

步骤S313：对所述还原氧化石墨烯均匀分散液离心处理，取上清液作为成膜前溶液；

步骤S314：以水将所述成膜前溶液稀释1～1000倍，将稀释后的成膜前溶液在基底上形成薄膜；

步骤S315：将形成的还原氧化石墨烯薄膜与所述基底分离，形成自支撑的大面积还原氧化石墨烯薄膜。

在本实施例中，其中，步骤S311中，所述分散剂体系为水或表面活性剂水溶液或有机溶剂或超酸，其中，所述表面活性剂为N,N-二甲基甲酰胺、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、木质素磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵等，所述有机溶剂为乙醇或丙酮等，所述超酸为氯磺酸等。

在本实施例中，其中，步骤S312具体为，将所述溶液超声预分散1min～10h，再以100～1000rpm的转速球磨1～7天，以形成还原氧化石墨烯均匀分散液。

在本实施例中，其中，步骤S313具体为，对所述还原氧化石墨烯均匀分散液以1000～20000rpm的速率离心处理0.1h以上，取上清液作为上述成膜前溶液。

在本实施例中，其中，步骤S314具体为，将稀释后的成膜前溶液用亲水性滤膜真空抽滤成膜。

在本实施例中，其中，步骤S314具体为，将稀释后的成膜前溶液采用旋涂、喷涂等方式于玻璃、云母、硅片、聚对苯二甲酸乙二酯等具有平整表面的材料上成膜。

在本实施例中，其中，步骤S315具体为，利用液体表面张力将滤膜基底上较厚的还原氧化石墨烯逐层部分剥离，在液体表面形成自支撑的大面积超薄还原氧化石墨烯薄膜，实现还原氧化石墨烯薄膜与所述基底部分分离。

在本实施例中，其中，步骤S315具体为，将附有还原氧化石墨烯薄膜的基底置于有机溶剂中至基底完全溶解，其中，所述基底为亲水性滤膜，所述亲水性滤膜为纤维素混纤膜等，所述有机溶剂为丙酮。

在本实施例中，其中，将稀释后的成膜前溶液用亲水性滤膜抽滤成膜具体为，取稀释后的成膜前溶液利用亲水性的聚四氟乙烯微孔滤膜真空抽滤成膜后，将附着有一层还原氧化石墨烯的滤膜以倾角插入液体中，利用液体表面张力将滤膜上较厚的还原氧化石墨烯逐层部分剥离，在液体表面形成自支撑的大面积超薄还原氧化石墨烯薄膜。

在本实施例中，其中，所述聚四氟乙烯微孔滤膜的孔径为0.2μm～3μm，所述倾角为0.1°～90°，所述液体为去离子水或表面张力小于去离子水的透明溶液和大于去离子水的透明液体。

在本实施例中，其中，步骤S330，基于所述还原氧化石墨烯模块，制备第一层电极，具体包括下述步骤：

步骤S331：在所述还原氧化石墨烯模块的横向间隔处涂覆电极A；

步骤S332：接着在所述电极A上面涂覆电极B，其中所述电极B的厚度大于所述电极A的厚度；

步骤S333：经上述步骤后，所述电极A和B形成第一层电极。

采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：

本发明上述实施例提供的非接触式柔性控制器，在柔性衬底表面设置以还原氧化石墨烯为敏感材料的导电层，基于还原氧化石墨烯对湿度的敏感响应，当水蒸汽吸附在还原氧化石墨烯薄膜表面时改变了材料的功函数，从而有变化的电信号输出，实现了该器件的非接触式控制；同时，该非接触式柔性控制器有效利用了石墨烯的良好的电导性能，同时，由于其电阻低，降低了上述控制器的功耗。

另外，由于还原氧化石墨烯机械延展性能好，介电层和衬底有一定的透光率且柔性可弯曲，因此，所制备的控制器件具有透明并可柔性可弯曲，扩大了上述控制器的应用范围。

此外，本发明提供的还原氧化石墨烯由普通的市售石墨烯制备而成，成本低廉，适合于工业化生产。

该控制器凭借其非接触式控制、灵敏度高、柔性、对环境友好等特有的优势，在制造柔软而富有弹性的智能型塑料电子设备，高精度柔性传感器，电子皮肤等领域有着广泛的潜在应用前景。

【附图说明】

图1为本发明一较佳实施例提供的非接触式柔性控制器结构示意图。

图2为本发明一较佳实施例提供的非接触式柔性控制器另一侧面的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的制备非接触式柔性控制器的步骤流程图。

图4为本发明实施例提供的制备还原氧化石墨烯薄膜的步骤流程图。

图5为本发明实施例提供的基于上述还原氧化石墨烯模块制备第一层电极的步骤流程图。

图6为本发明一较佳实施例在手指靠近非接触式柔性器前后的电学信号变化图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1及图2，其中，图1为本发明实施例提供的非接触式柔性控制器的结构示意图100，图2本发明实施例提供的非接触式柔性控制器另一侧面的结构示意图200。

非接触式柔性控制器100包括：电极阵列110、介电层120、衬底130、导电层（图未示）。

电极阵列110至少包括第一层电极111及第二层电极112。其中，第一层电极111和第二层电极112均由若干等间距且相互平行的电极组成。第一层电极111和第二层电极112相互垂直。

具体地，组成第一层电极111和第二层电极112的电极包括主路电极113及支路电极114。第一层电极111和第二层电极112的主路电极113相互垂直。第一层电极111和第二层电极112的支路电极114相互平行。

在本发明提供的实施例中，第一层电极111和第二层电极112的电极由Au、Ag、Pt、Ni、Cd、In、Cu中的任意一种材料或者二种以上材料的组合制备而成。优选地，第一层电极111及第二层电极112的厚度为10nm～500μm之间。

介电层120为由若干介电层模块121组成的阵列。其中，介电层模块121设置于第一层电极111与第二层电极112的交叉位置。介电层模块121优选为透明材质。

在本发明提供的实施例中，介电层120的厚度大于1nm，介电层模块121的透明材质优选为聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane；PDMS）或石蜡或溶液化的透明绝缘聚合物，其中，环氧AB胶或液体硅胶或玻璃胶水或溶液化聚对苯二甲酸类塑料。其中，环氧AB胶优选为丙烯酸改性环氧胶或环氧胶，玻璃胶水优选为由硅酸钠和醋酸以及有机性的硅酮组成。可以理解，还可以采用其他的透明绝缘聚合物作为介电层模块121的材质。

衬底130为硅片、云母、玻璃等刚性平整衬底或聚对苯二甲酸类塑料（Polyethylene terephthalate；PET）、聚酰亚胺（Polyimide；PI）、聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane；PDMS）等平整柔性衬底。

导电层形成于衬底130表面。导电层包括还原氧化石墨烯薄膜层140。其中，还原氧化石墨烯薄膜层140为由若干还原氧化石墨烯模块141组成的阵列。还原氧化石墨烯模块141由单层石墨烯薄片组成或由多层石墨烯薄片叠加而成。

还原氧化石墨烯模块141设置于由第一层电极111和第二层电极112形成的空间内、且与第一层电极111及第二层电极112均电性连接。具体地，第一层电极111和第二层电极112的支路电极114分别电性连接于还原氧化石墨烯模块141。

在本发明提供的实施例中，第一层电极111和第二层电极112的电极宽度小于还原氧化石墨烯模块141之间的距离。还原氧化石墨烯模块141之间的距离为0.01cm～5cm。还原氧化石墨烯模块141的透光率为50%～95%，厚度为20nm～500nm，电阻为10⁵Ω～10⁶Ω。

可以理解，由于还原氧化石墨烯薄膜层140的厚度与其导电性能有着密切的关系，薄膜越厚，其导电性越好，但是，其透光性却随之降低。优选地，当还原氧化石墨烯模块的厚度为20nm～500nm之间时，此时，还原氧化石墨烯模块141的透光率为50%～90%，电阻为10⁵Ω～10⁶Ω之间。

导电层还可以是碳纳米管或功能化石墨烯或半导体氧化物纳米线。其中，半导体氧化物纳米线优选为氧化锡纳米线或氧化锌纳米线。可以理解，半导体氧化物纳米线还可以选用其他的半导体氧化物纳米线。

本发明上述实施例提供的非接触式柔性控制器，将导电层设置为以还原氧化石墨烯作为敏感材料，基于还原氧化石墨烯对湿度的敏感响应，当水蒸汽吸附在还原氧化石墨烯薄膜表面时改变了材料的功函数，从而有变化的电信号输出，实现了该器件的非接触式控制；同时，该非接触式柔性控制器有效利用了石墨烯的良好的电导性能，同时，由于其电阻低，降低了上述控制器的功耗。

另外，由于还原氧化石墨烯机械延展性能好，介电层和衬底有一定的透光率且柔性可弯曲，因此，所制备的控制器件具有透明并可柔性可弯曲，扩大了上述控制器的应用范围。

再次，本发明上述实施例提供的非接触式柔性控制器，充分利用了还原氧化石墨烯的可透光性，将介电层设计为透明材质的绝缘材料，使得上述非接触式柔性控制器具有一定的透光性，结构美观。

请参阅图3，图3为本发明实施例提供的制备非接触式柔性控制器的步骤流程图300，非接触式柔性控制器100的制备方法，包括步骤S310～步骤S350，具体详见下述说明：

步骤S310：制备还原氧化石墨烯薄膜。

请参阅图4，图4为本发明实施例提供的制备还原氧化石墨烯薄膜的步骤流程图，包括步骤S311～步骤S315，具体见下述说明：

步骤S311：将石墨烯或还原氧化石墨烯粉末加入到分散剂溶液中，至还原氧化石墨烯浓度为0.001-10mg/ml。其中，分散剂溶液中分散剂的体积分数为10%-90%，余量为水。

在本发明提供的实施例中，所述分散剂体系为水或表面活性剂水溶液或有机溶剂或超酸。具体地，表面活性剂优选为N,N-二甲基甲酰胺、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、木质素磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵等，有机溶剂优选为乙醇或丙酮，超酸优选为氯磺酸。可以理解，上述物质只是列出了本发明实施例优选的方式，表面活性剂、有机溶剂和超酸还可以采用其他的材质。

步骤S312：将上述得到的溶液进行处理，以形成还原氧化石墨烯均匀分散液。

在本发明提供的实施例中，步骤S312具体为，将经步骤S311得到的溶液超声预分散1min～10h，再以100～1000rpm的转速球磨1～7天，以形成还原氧化石墨烯均匀分散液。

步骤S313：对所述还原氧化石墨烯均匀分散液离心处理，取上清液作为成膜前溶液。

在本发明提供的实施例中，步骤S313具体为，对上述还原氧化石墨烯均匀分散液以1000～20000rpm的速率离心处理0.1h以上，取上清液作为成膜前溶液。

步骤S314：以水将所述成膜前溶液稀释1～1000倍，将稀释后的成膜前溶液在基底上形成薄膜。

在本发明提供的实施例中，步骤S314具体为，将稀释后的成膜前溶液用亲水性滤膜抽滤成膜。其中，亲水性滤膜优选为聚四氟乙烯微孔滤膜或聚偏氟乙烯微孔滤膜（F型）。

其中，将稀释后的成膜前溶液用亲水性滤膜抽滤成膜具体为，取稀释后的成膜前溶液利用亲水性的聚四氟乙烯微孔滤膜真空抽滤成膜后，将附着有一层还原氧化石墨烯的滤膜以倾角插入液体中，利用液体表面张力将滤膜上较厚的还原氧化石墨烯逐层部分剥离，在液体表面形成自支撑的大面积超薄还原氧化石墨烯薄膜。优选地，聚四氟乙烯微孔滤膜的孔径为0.2μm～3μm，倾角为0.1°～90°，液体为去离子水或表面张力小于去离子水的透明溶液和大于去离子水的透明液体，其中，表面张力小于去离子水的溶液优选为有机溶液中的乙醇或乙二醇，表面张力大于去离子水的透明液体优选为无机盐中的氯化钾溶液，可以理解，上述有溶液和透明溶液还可以选用其他的溶液。

在本发明提供的另一实施例中，其中，步骤S314具体为，将稀释后的成膜前溶液采用旋涂、喷涂等方式于玻璃、云母、硅片、聚对苯二甲酸乙二酯等具有平整表面的材料上成膜。

步骤S315：将形成的还原氧化石墨烯薄膜与基底分离，形成自支撑的大面积还原氧化石墨烯薄膜。

可以理解，当采用将稀释后的成膜前溶液用亲水性聚四氟乙烯微孔滤膜或聚偏氟乙烯微孔滤膜（F型）抽滤成膜时，此时，将附有较厚一层还原氧化石墨烯的滤膜以一定倾角插入液体中，液体表面张力将滤膜上的还原氧化石墨烯逐层部分剥离得到在液体表面自支撑的大面积超薄还原氧化石墨烯薄膜，从而实现还原氧化石墨烯薄膜与基底部分分离。

可以理解，上述的成膜方式中，还可以采用亲水性纤维素混纤膜滤膜抽滤成膜，将附有还原氧化石墨烯薄膜的基底置于有机溶剂中至基底完全溶解，实现实现还原氧化石墨烯薄膜与基底完全分离。其中，基底优选为亲水性滤膜，亲水性滤膜优选为纤维素混纤膜，有机溶剂优选为丙酮，可以理解，基底和有机溶剂还可以选取其他的物质。

可以理解，上述的成膜方式中，还可以采用旋涂、喷涂等方式于具有玻璃、云母、硅片、聚对苯二甲酸乙二酯等具有平整表面的材料上成膜。

可以理解，通过上述步骤S311～步骤S315后形成了自支撑的大面积还原氧化石墨烯薄膜。

步骤S320：将经上述步骤S311～步骤S315制备的还原氧化石墨烯薄膜转移至衬底表面，形成还原氧化石墨烯薄膜层，并将还原氧化石墨烯薄膜层分为由若干还原氧化石墨烯模块组成的阵列。

在本发明提供的实施例中，步骤S320具体为，将上述还原氧化石墨烯薄膜制成大于2×2的若干个彼此独立不相连且间距为0.01cm～5cm的还原氧化石墨烯模块阵列，其中，每个还原氧化石墨烯模块面积大于0.01×0.01mm²。

具体地，还原氧化石墨烯模块阵列是在掩模板的掩盖下通过物理切割等技术来制成的。

步骤S330：基于上述还原氧化石墨烯模块，制备第一层电极。

请参阅图5，图5为本发明实施例提供的基于上述还原氧化石墨烯模块制备第一层电极的步骤流程图，包括下述步骤：

步骤331：在还原氧化石墨烯模块的横向间隔处涂覆电极A。

在本发明提供的实施例中，步骤331具体为，在掩模板的遮盖下在还原氧化石墨烯模块阵列的横向间隙处蒸镀电极。其中，电极由Au、Ag、Pt、Ni、Cd、In、Cu中的任意一种材料或者二种以上材料的组合制备而成，电极的厚度为10nm～500μm之间。

步骤332：接着在电极A上面涂覆电极B，其中电极B的厚度大于电极A的厚度。

在本发明提供的实施例中，步骤332具体为，在本发明提供的实施例中，步骤332具体为，在掩模板的遮盖下接着以相同条件在稍薄电极A上面蒸镀一层厚电极B，且电极B厚度大于电极A厚度。

步骤333：经上述步骤后，电极A和B形成第一层电极。

可以理解，经过上述步骤S331～S333后，形成了第一层电极。

步骤S340：在上述第一层电极上表面涂覆介电层，介电层为由若干介电层模块组成的阵列。

在本发明提供的实施例中，步骤340具体为，在掩模板的遮盖下在第一层电极上涂覆介电层，再把介电层于烘箱中烘2h使其充分干燥。其中，介电层为透明材质。其中，透明材质为PDMS或石蜡或溶液化的透明绝缘聚合物等绝缘材料，介电层的厚度大于10nm。

步骤S350：采用上述制备第一层电极方法制备第二层电极。

可以理解，经过上述步骤S310～步骤S350可以制备得到上述非接触式柔性控制器。

本发明上述实施例提供的非接触式柔性控制器的制备方法，其工艺简单，还原氧化石墨烯由普通的市售石墨烯制备而成，成本低廉，适合于工业化生产。

以下通过实施例进一步阐述本发明，这些实施例仅用于举例说明的目的，并没有限制本发明的范围。除注明的具体条件外，实施例中的试验方法均按照常规条件进行。

实施例1

将还原氧化石墨烯薄膜转移到聚对苯二甲酸乙二酯（PET）衬底上，再将此还原氧化石墨烯薄膜在切割掩模板的遮盖下利用物理切割技术切成大小为1.5×1.5mm²的100个还原氧化石墨烯模块阵列，各个还原氧化石墨烯模块间间隙距离为2.5mm，接着在另一掩模板的遮盖下在还原氧化石墨烯模块阵列的横向间隙处蒸镀长46mm、宽0.5mm、厚20nm的Ni层，接着在该掩模板的遮盖下以相同条件在Ni层上蒸镀长46mm、宽0.5mm、厚120nm的Au层，Ni层和Au层一起构成第一层电极，然后在切割掩模板的遮盖下在第一层电极上面所有横向间隙和纵向间隙垂直交叉处均匀涂覆一层长0.6mm、宽0.6mm（比电极稍宽一点）、厚约500μm的PDMS作为介电层，把PDMS介电层在80℃的烘箱中烘2h使其充分干燥，最后同制作第一层电极一样的方法、一样的材料、一样的条件制作出第二层电极，形成非接触式柔性控制器件。

请参阅图6，本发明一较佳实施例在手指靠近非接触式柔性器前后的电学信号变化图。

从图6中可以看出，在2V的工作电压下，20.3℃、21%湿度的空气氛围中，测量该非接触式柔性控制器件的性能，当用手指靠近时，电流值快速增加，响应时间在2.5秒左右，器件灵敏度高达2.5%，结果表明该非接触式柔性控制器件具有高灵敏度和很短的响应时间。

实施例2

将还原氧化石墨烯薄膜转移到聚对苯二甲酸乙二酯（PET）衬底上，再将此还原氧化石墨烯薄膜在切割掩模板的遮盖下利用物理切割技术切成大小为1.5×1.5mm²的100个还原氧化石墨烯模块阵列，各个还原氧化石墨烯模块间间隙距离为2.5mm，接着在另一掩模板的遮盖下在还原氧化石墨烯模块阵列的横向间隙处蒸镀长46mm、宽0.5mm、厚20nm的Cd层，接着在该掩模板的遮盖下以相同条件在Cd层上蒸镀长46mm、宽0.5mm、厚120nm的Au层，Cd层和Au层一起构成第一层电极，然后在切割掩模板的遮盖下在第一层电极上面所有横向间隙和纵向间隙垂直交叉处均匀涂覆一层长0.6mm、宽0.6mm（比电极稍宽一点）、厚约500μm的PDMS作为介电层，把PDMS介电层在80℃的烘箱中烘2h使其充分干燥，最后同制作第一层电极一样的方法、一样的材料、一样的条件制作出第二层电极，制成非接触式柔性控制器件。经测试，该非接触式柔性透明控制器件与实施例1相近，亦具有高灵敏度、快响应时间的优点。

实施例3

将还原氧化石墨烯薄膜转移到聚对苯二甲酸乙二酯（PET）衬底上，再将此还原氧化石墨烯薄膜在切割掩模板的遮盖下利用物理切割技术切成大小为1.5×1.5mm²的100个还原氧化石墨烯模块阵列，各个还原氧化石墨烯模块间间隙距离为2.5mm，接着在另一掩模板的遮盖下在还原氧化石墨烯模块阵列的横向间隙处蒸镀长46mm、宽0.5mm、厚20nm的Ni层，接着在该掩模板的遮盖下以相同条件在Ni层上蒸镀长46mm、宽0.5mm、厚120nm的Ag层，Ni层和Ag层一起构成第一层电极，然后在切割掩模板的遮盖下在第一层电极上面所有横向间隙和纵向间隙垂直交叉处均匀涂覆一层长0.6mm、宽0.6mm（比电极稍宽一点）、厚约500μm的PDMS作为介电层，把PDMS介电层在80℃的烘箱中烘2h使其充分干燥，最后同制作第一层电极一样的方法、一样的材料、一样的条件制作出第二层电极，制成非接触式柔性控制器件。经测试，该非接触式柔性透明控制器件与实施例1相近，亦具有高灵敏度、快响应时间的优点。

实施例4

将还原氧化石墨烯薄膜转移到聚对苯二甲酸乙二酯（PET）衬底上，再将此还原氧化石墨烯薄膜在切割掩模板的遮盖下利用物理切割技术切成大小为1.5×1.5mm²的100个还原氧化石墨烯模块阵列，各个还原氧化石墨烯模块间间隙距离为2.5mm，接着在另一掩模板的遮盖下在还原氧化石墨烯模块阵列的横向间隙处蒸镀长46mm、宽0.5mm、厚20nm的Cd层，接着在该掩模板的遮盖下以相同条件在Cd层上蒸镀长46mm、宽0.5mm、厚120nm的Ag层，Cd层和Ag层一起构成第一层电极，然后在切割掩模板的遮盖下在第一层电极上面所有横向间隙和纵向间隙垂直交叉处均匀涂覆一层长0.6mm、宽0.6mm（比电极稍宽一点）、厚约500μm的PDMS作为介电层，把PDMS介电层在80℃的烘箱中烘2h使其充分干燥，最后同制作第一层电极一样的方法、一样的材料、一样的条件制作出第二层电极，制成非接触式柔性控制器件。经测试，该非接触式柔性透明控制器件与实施例1相近，亦具有高灵敏度、快响应时间的优点。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (23)

1.一种非接触式柔性控制器，其特征在于，包括：

电极阵列，所述电极阵列至少包括第一层电极及第二层电极，所述第一层电极和所述第二层电极均由若干等间距且相互平行的电极组成，所述第一层电极和所述第二层电极相互垂直；

介电层，为由若干介电层模块组成的阵列，所述介电层模块设置于所述第一层电极与所述第二层电极交叉位置，所述介电层模块为透明材质；以及

形成于柔性衬底表面的导电层，所述导电层包括还原氧化石墨烯薄膜层，所述还原氧化石墨烯薄膜层为由若干还原氧化石墨烯模块组成的阵列，所述还原氧化石墨烯模块设置于由所述第一层电极和所述第二层电极形成的空间内、且与所述第一层电极及所述第二层电极均电性连接。

2.根据权利要求1所述的非接触式柔性控制器，其特征在于，组成所述第一层电极和所述第二层电极的电极宽度小于所述还原氧化石墨烯模块之间的距离。

3.根据权利要求1所述的非接触式柔性控制器，其特征在于，组成所述第一层电极和所述第二层电极的电极包括主路电极及支路电极，所述第一层电极和所述第二层电极的主路电极相互垂直，所述第一层电极和所述第二层电极的支路电极相互平行，所述第一层电极和所述第二层电极的支路电极分别电性连接于所述还原氧化石墨烯模块。

4.根据权利要求1所述的非接触式柔性控制器，其特征在于，组成所述第一层电极和所述第二层电极的电极由Au、Ag、Pt、Ni、Cd、In、Cu中的任意一种材料或者二种以上材料的组合制备而成。

5.根据权利要求1所述的非接触式柔性控制器，其特征在于，所述第一层电极及所述第二层电极的厚度为10nm～500μm。

6.根据权利要求1所述的非接触式柔性控制器，其特征在于，所述透明材质为PDMS或石蜡或透明绝缘聚合物，其中，所述透明绝缘聚合物为环氧AB胶或液体硅胶或玻璃胶水或溶液化聚对苯二甲酸类塑料。

7.根据权利要求1所述的非接触式柔性控制器，其特征在于，所述介电层的厚度大于10nm。

8.根据权利要求1所述的非接触式柔性控制器，其特征在于，所述还原氧化石墨烯模块由单层石墨烯薄片组成或由多层石墨烯薄片叠加而成。

9.根据权利要求1所述的非接触式柔性控制器，其特征在于，所述还原氧化石墨烯模块之间的距离为0.01cm～5cm。

10.根据权利要求1所述的非接触式柔性控制器，其特征在于，所述还原氧化石墨烯模块的透光率为50%～95%，厚度为20nm～500nm，电阻为10⁵Ω～10⁶Ω。

11.根据权利要求1所述的非接触式柔性控制器，其特征在于，所述导电层还为碳纳米管或功能化石墨烯或半导体氧化物纳米线，其中，所述半导体氧化物纳米线为氧化锡纳米线或氧化锌纳米线。

12.一种非接触式柔性控制器的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤S310：制备还原氧化石墨烯薄膜；

步骤S320：将所述还原氧化石墨烯薄膜转移至柔性衬底表面，形成还原氧化石墨烯薄膜层，并将所述还原氧化石墨烯薄膜层分为由若干还原氧化石墨烯模块阵列；

步骤S330：基于所述还原氧化石墨烯模块，制备第一层电极；

步骤S340：在所述第一层电极上表面涂覆介电层，所述介电层为由若干介电层模块组成的阵列，所述介电层为透明材质；及

步骤S350：采用上述制备第一层电极方法制备第二层电极。

13.根据权利要求12所述的非接触式柔性控制器的制备方法，其特征在于，所述制备还原氧化石墨烯薄膜，包括下述步骤：

步骤S311：将石墨烯或还原氧化石墨烯粉末加入到分散剂溶液中，至还原氧化石墨烯浓度为0.001-10mg/ml，其中，所述分散剂溶液中分散剂的体积分数为10%-90%，余量为水；

步骤S312：将上述得到的溶液进行处理，形成还原氧化石墨烯均匀分散液；

步骤S313：对所述还原氧化石墨烯均匀分散液离心处理，取上清液作为成膜前溶液；

步骤S314：以水将所述成膜前溶液稀释1～1000倍，将稀释后的成膜前溶液在基底上形成薄膜；

步骤S315：将形成的还原氧化石墨烯薄膜与所述基底部分或全部分离，形成自支撑的大面积还原氧化石墨烯薄膜。

14.根据权利要求13所述的非接触式柔性控制器的制备方法，其特征在于，其中，步骤S311中，所述分散剂体系为水或表面活性剂水溶液或有机溶剂或超酸，其中，所述表面活性剂为N,N-二甲基甲酰胺、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、木质素磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵等，所述有机溶剂为乙醇或丙酮，所述超酸为氯磺酸。

15.根据权利要求13所述的非接触式柔性控制器的制备方法，其特征在于，其中，步骤S312具体为，将所述溶液超声预分散1min～10h，再以100～1000rpm的转速球磨1～7天，以形成还原氧化石墨烯均匀分散液。

16.根据权利要求13所述的非接触式柔性控制器的制备方法，其特征在于，其中，步骤S313具体为，对所述还原氧化石墨烯均匀分散液以1000～20000rpm的速率离心处理0.1h以上，取上清液作为成膜前溶液。

17.根据权利要求13所述的非接触式柔性控制器的制备方法，其特征在于，其中，步骤S314具体为，将稀释后的成膜前溶液用亲水性滤膜抽滤成膜。

18.根据权利要求13所述的非接触式柔性控制器的制备方法，其特征在于，其中，步骤S314具体为，将稀释后的成膜前溶液采用旋涂、喷涂等方式于玻璃、云母、硅片、聚对苯二甲酸乙二酯等具有平整表面的材料上成膜。

19.根据权利要求13所述的非接触式柔性控制器的制备方法，其特征在于，其中，步骤S315具体为，利用液体表面张力将滤膜基底上较厚的还原氧化石墨烯逐层剥离，在液体表面形成自支撑的大面积超薄还原氧化石墨烯薄膜，实现还原氧化石墨烯薄膜与所述基底部分分离。

20.根据权利要求13所述的非接触式柔性控制器的制备方法，其特征在于，其中，步骤S315具体为，将附有还原氧化石墨烯薄膜的基底置于有机溶剂中至基底完全溶解，其中，所述基底为亲水性滤膜，所述亲水性滤膜为纤维素混纤膜，所述有机溶剂为丙酮。

21.根据权利要求17所述的非接触式柔性控制器的制备方法，其特征在于，其中，将稀释后的成膜前溶液用亲水性滤膜抽滤成膜具体为，取稀释后的成膜前溶液利用亲水性的聚四氟乙烯微孔滤膜真空抽滤成膜后，将附着有一层还原氧化石墨烯的滤膜以倾角插入液体中，利用液体表面张力将滤膜上较厚的还原氧化石墨烯逐层部分剥离，在液体表面形成自支撑的大面积超薄还原氧化石墨烯薄膜。

22.根据权利要求21所述的非接触式柔性控制器的制备方法，其特征在于，其中，所述聚四氟乙烯微孔滤膜的孔径为0.2μm～3μm，所述倾角为0.1°～90°，所述液体为去离子水或表面张力小于去离子水的透明溶液和大于去离子水的透明液体。

23.根据权利要求11所述的非接触式柔性控制器的制备方法，其特征在于，其中，步骤S330，基于所述还原氧化石墨烯模块，制备第一层电极，具体包括下述步骤：

步骤S331：在所述还原氧化石墨烯模块的横向间隔处涂覆电极A；

步骤S332：接着在所述电极A上面涂覆电极B，其中所述电极B的厚度大于所述电极A的厚度；

步骤S333：经上述步骤后，所述电极A和B形成第一层电极。

Images