CN109029801A - 一种金属纳米线复合膜压力传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属纳米线复合膜压力传感器，包括基底、金属纳米线与离子液体凝胶形成的复合膜感应层以及电极；在基底上制成金属纳米线与离子液体凝胶形成的复合膜感应层后再设置电极；或在基底上设置电极后再制成金属纳米线与离子液体凝胶形成的复合膜感应层。本发明提供的金属纳米线复合膜压力传感器的制备方法操作简单、能耗低；制得的金属纳米线复合膜压力传感器具有低成本、高灵敏度、高稳定性等优势，且具备柔性、可拉伸等特性，在可穿戴电子领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及压力传感器技术领域，具体涉及一种金属纳米线复合膜压力传感器及其制备方法。
背景技术
压力传感器是工业、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利、水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。
压力传感器的种类较多，常用的是压阻式压力传感器，其利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器，具有响应频率高、体积小、耗电少、灵敏度高、精度好等优点；但是由于其基于多晶硅的传输，制备工艺复杂、受温度影响比较明显，同时，硅材料柔性比较差，很难满足高灵敏、柔性等特殊领域，如医学、生物等方面的需求。
目前，基于导电薄膜如碳纳米管、石墨烯、银线、铜线、金线以及导电聚合物薄膜的压力传感器显示了潜在的应用前景。其中，金属银、铜纳米线优异的导电性能、低的成本及方便的加工方式引起人们巨大的研究兴趣。然而，铜银纳米线易于氧化，影响了其导电性和稳定性，据研究报道，导电薄膜的导电性和稳定性是影响基于上述薄膜压力传感器灵敏度和稳定性的关键因素。目前，人们利用旋涂一层聚合物的方法以改善其稳定性，但是由于聚合物导电性一般比较差，因此其影响了金属纳米线的导电性，进而限制基于金属纳米线薄膜压力传感器的灵敏度和检测限。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种金属纳米线复合膜压力传感器，以针对性解决现有的薄膜压力传感器的灵敏度和稳定性较低的问题。
本发明的金属纳米线复合膜压力传感器，包括基底、感应层以及电极，所述的感应层为金属纳米线与离子液体凝胶形成的复合膜。
其中，所述离子液体凝胶由离子液体聚合单体在引发剂引发下聚合而成。
其中，所述的离子液体聚合单体为1-乙烯基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-辛基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-辛基咪唑氯盐、1-丙烯基-3-乙基咪唑氯盐、1-丙烯基-3-乙基咪唑溴盐、1-丙烯基-3乙基咪唑氯盐、1-丙烯基-3乙基咪唑溴盐、1-丙烯基-3-甲基咪唑溴盐、1-丙烯基-3-甲基咪唑氯盐中的一种或多种。
其中，所述的引发剂为过硫酸钾、多硫酸铵、过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基、偶氮二异丁腈、黄素、红烯及蒽类化合物中的一种或多种。
其中，所述的感应层适宜的厚度设置在100nm至5000nm之间。
本发明也提供了一种制备上述金属纳米线复合膜压力传感器的方法，在基底上制成金属纳米线复合膜感应层后再设置电极；或在基底上设置电极后再制成金属纳米线复合膜感应层，所述的金属纳米线复合膜感应层的制备方法，包括下述步骤：
S1、于基底上、或基底与电极上制成金属纳米线薄膜；
其中，可将金属纳米线配制成浓度为0.01～20mg/ml的分散液，并采用旋涂、滴膜、气溶胶、浸泡、拉膜、电纺丝、喷墨印刷或丝网印刷中的任意一种方法制备所述的金属纳米线薄膜。
其中，所述的金属纳米线主要为易氧化、不稳定的金属纳米线，可以为金属银、铜、硒等中的一种或多种形成的纳米线。
其中，金属纳米线薄膜的制备方法为溶液化、物理沉积、化学沉积中的一种。
S2、将离子液体凝胶的预聚体溶液于金属纳米线薄膜上制成薄膜；
其中，所述的离子液体凝胶的预聚体溶液由离子液体聚合单体、引发剂组成。
其中，所述的离子液体聚合单体为1-乙烯基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-辛基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-辛基咪唑氯盐、1-丙烯基-3-乙基咪唑氯盐、1-丙烯基-3-乙基咪唑溴盐、1-丙烯基-3乙基咪唑氯盐、1-丙烯基-3乙基咪唑溴盐、1-丙烯基-3-甲基咪唑溴盐、1-丙烯基-3-甲基咪唑氯盐中的一种或多种。
其中，所述的引发剂为过硫酸钾、多硫酸铵、过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基、偶氮二异丁腈、黄素、红烯及蒽类化合物中的一种或多种。
所述离子液体凝胶的预聚体溶液薄膜制备方法可以采用旋涂、滴膜、气溶胶、浸泡、拉膜、电纺丝、喷墨印刷或丝网印刷中的任意一种。
S3、处理得到的薄膜，使得离子液体凝胶的预聚体聚合，形成金属纳米线与离子液体凝胶复合膜的感应层。
其中，所述的离子液体凝胶预聚体的处理可以采用热聚合、光聚合、电聚合等聚合方法中的任意一种。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案有益效果在于：
本发明提供的金属纳米线复合膜压力传感器的制备方法操作简单、能耗低；制得的金属纳米线复合膜压力传感器具有低成本、高灵敏度、高稳定性等优势，且具备柔性、可拉伸等特性，在可穿戴电子领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是实施例1的金属纳米线复合膜压力传感器的简明结构示意图，其中，1为基底，2为金属纳米线与离子液体凝胶形成的复合膜感应层，3为电极；
图2是实施例1中铜纳米线与离子液体凝胶形成复合膜的光学显微镜图；
图3是实施例1中铜纳米线与离子液体凝胶形成复合膜的电学性能图；
图4是实施例1中铜纳米线与离子液体凝胶形成的复合膜对压力的响应图；
图5是实施例2中银纳米线与离子液体凝胶形成复合膜的光学显微镜图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述。
实施例1
将100晶面的硅依次用丙酮、乙醇、纯净水超声40分钟，然后用N2气吹干，放入120℃真空烘箱中放置10分钟，形成基底。在基底上，利用旋涂的方法将含有铜纳米线的乙醇溶液转移到基底上制备一层200nm厚的膜，其中铜纳米线的浓度为0.01mg/ml，静止放置20分钟以除去其中乙醇溶剂。在铜纳米线的薄膜上利用滴涂的方法转移离子液体凝胶预聚体溶液到基底和铜纳米线薄膜上，其中离子液体凝胶是由离子液体单体1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐，引发剂过硫酸铵及光敏化剂核黄素组成，引发剂浓度为2mg/ml。然后利用5mW的紫外灯照5分钟，使得离子液体凝胶的预聚体聚合为离子液体凝胶形成铜纳米线与离子液体凝胶的复合膜，其厚度为400nm，光学照片见图2。最后在上述基底和纳米线复合薄膜上利用滴膜方法制备300nm厚的PEDOT：PSS电极层，经110℃退火10分钟，电极的宽度为100μm，长度为500μm的电极，电极之间的间距为500μm。测试所得到的复合薄膜导电性见图3。测试所得到的复合膜对压力响应图见图4。
实施例2
将500μm厚的PET依次用丙酮、乙醇、纯净水超声20分钟，然后用N2气吹干，放入100℃真空烘箱中放置10分钟，形成基底。在基底上，利用喷涂的方法将含有银纳米线的异丙醇溶液转移到基底上，其中银纳米线的浓度为4mg/ml，放置100℃烘箱10分钟以除去其中异丙醇。在银纳米线的薄膜上利用喷墨印刷的方法转移离子液体凝胶的预聚体溶液到基底和银纳米线薄膜上，其中凝胶的预聚体溶液是由1-乙烯基-3-乙基咪唑氯盐和过硫酸铵组成，其中过硫酸铵的浓度为50mg/ml。然后将上述薄膜放置80℃烘箱，加热20分钟，使得离子液体凝胶的预聚体聚合为离子液体凝胶形成银纳米线与离子液体凝胶的复合膜，其厚度为800nm，其复合膜结构见图5，最后在上述基底和纳米线复合薄膜上利用热蒸发的方法制备100nm厚的金膜电极，电极宽度为300μm，电极之间距离为500μm。
实施例3
将500μm厚的聚苯乙烯基底(PET)依次用乙醇、纯净水超声20分钟，然后用N2气吹干，放入120℃真空烘箱中放置3分钟，形成基底。在基底上，利用喷墨印刷的方法将银浆转移到基底上，其中银电极厚度为1μm，宽度为500μm，电极间距为500μm。在基底及电极上，利用喷涂的方法转移铜纳米线乙醇溶液形成纳米线薄膜，其中铜纳米线的浓度为20mg/ml，静止放置20分钟以除去其中乙醇溶剂，金属铜纳米线薄膜厚度为500nm。在铜纳米线的薄膜上利用丝网印刷的方法转移一层离子液体凝胶的预聚体，其中凝胶的预聚体溶液是由1-乙烯基-3-甲基咪唑溴盐和过硫酸钾组成，其中过硫酸钾的浓度为12mg/ml。然后将上述薄膜放置120℃烘箱，加热20分钟，使得离子液体凝胶的预聚体聚合为离子液体凝胶形成铜纳米线与离子液体凝胶的复合膜，其厚度为2000nm，形成顶接触的压力传感器。
实施例4
将Si/SiO2基底依次用丙酮、醇、纯净水超声20分钟，然后用N2气吹干，放入120℃真空烘箱中放置20分钟，形成基底。在基底上，利用热蒸发的方法蒸镀金属银膜作为电极，电极的厚度为100nm，电极宽度为100nm，电极之间的间距为100μm。在基底和银电极上，利用气相物理沉积的方法，制备铜纳米线的薄膜，其中沉积温度190℃，沉积时间60分钟，气流速度为10SCCM，最后形成铜纳米线的厚度为80nm。将含有电极及铜纳米线的基底，放置于离子液体凝胶预聚体的溶液中，其中凝胶的预聚体溶液是由1-丙烯基-3-乙烯基咪唑氯盐和过硫酸铵组成，其中过硫酸铵的浓度为20mg/ml，浸泡时间为30分钟，最后形成100nm厚的复合膜。
实施例5
将聚酰亚胺基底(PI)依次用乙醇、纯净水超声20分钟，然后用N2气吹干，放入100℃真空烘箱中放置20分钟，形成基底。在基底上，利用凹版印刷的方法转移银纳米线乙醇溶液，其中银纳米线浓度为20mg/ml，静止放置20分钟以除去溶剂。利用滴膜的方法将离子液体凝胶的预聚体转移到基底和纳米线薄膜上，其中离子液体凝胶预聚体溶液是由1-丙烯基-3-甲基咪唑溴盐与过氧化苯甲酰组成的，其中过氧化苯甲酰的浓度为3mg/ml。然后将含有银纳米线及离子液体凝胶预聚体的薄膜放置于80℃烘箱中30分钟，形成厚度为5μm的复合膜。最后，利用磁控溅射的方法制备铬电极，其中铬膜厚度为80nm，电极的宽度为500μm，电极之间距离为200μm。
实施例6
将Si/SiO2依次用丙酮、乙醇、纯净水超声20分钟，然后用N2气吹干，放入100℃真空烘箱中放置20分钟，形成基底。在基底上，利用气相物理沉积的方法制备硒纳米线薄膜，其中沉积温度为160℃，沉积时间60分钟，气流速度为10PPC/min，最后形成硒纳米线的厚度为120nm。再利用滴膜方法转移一层离子液体凝胶的预聚体溶液，其中离子液体凝胶预聚体是由1-乙烯基-3-辛基咪唑溴盐与红烯类的化合物组成的，其中红烯的浓度为20mg/ml。放置于20mW的紫外灯下20分钟，使得离子液体凝胶光聚体聚合层离子液体凝胶形成复合膜，其中复合膜厚度为2μm。在基底和复合膜上面，利用丝网印刷的方法制备银电极，其中电极宽度为500微米，电极长度为500微米，电极之间间距为200微米。
本发明公开一种金属纳米线复合膜压力传感器的制备方法，压力传感器的感应层是由金属纳米线的复合膜组成，其中，金属纳米线的复合膜是由金属纳米线与离子液体凝胶组成。该方法制备简单、成本低廉，制得的金属纳米线复合膜压力传感器具有低成本、高灵敏度、高稳定性等优势，且具备柔性、可拉伸等特性，在可穿戴电子领域具有广泛的应用前景。
需要说明的是，上述实施例只是用来说明本发明的技术特征，不是用来限定本发明专利申请范围的，比如本发明实施例中涉及的离子液体聚合单体主要含有乙烯基或丙烯基的咪唑类的离子液体，也可以使用含有其其它官能管的单体，其原理与实施例相似，仍属本发明的专利申请范畴。
Claims (10)
1.一种金属纳米线复合膜压力传感器，包括基底、感应层以及电极，其特征在于，所述的感应层为金属纳米线与离子液体凝胶形成的复合膜。
2.根据权利要求1所述的金属纳米线复合膜压力传感器，其特征在于，所述的感应层厚度为100～5000nm。
3.一种制备权利要求1或2所述的金属纳米线复合膜压力传感器的方法，其特征在于，在基底上制成金属纳米线复合膜感应层后再设置电极；或在基底上设置电极后再制成金属纳米线复合膜感应层，所述的金属纳米线复合膜感应层的制备方法，包括下述步骤：
S1、于基底上、或基底与电极上制成金属纳米线薄膜，备用；
S2、将离子液体凝胶的预聚体溶液于S1制得的金属纳米线薄膜上制成薄膜备用；
S3、处理S2得到的薄膜，使得离子液体凝胶的预聚体聚合，形成金属纳米线与离子液体凝胶复合膜的感应层。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将金属纳米线配制成浓度为0.01～20mg/ml的分散液，并采用旋涂、滴膜、气溶胶、浸泡、拉膜、电纺丝、喷墨印刷或丝网印刷中的任意一种方法制成所述的金属纳米线薄膜。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述的金属纳米线为金属银、铜、硒中的一种或多种形成的纳米线。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的离子液体凝胶的预聚体溶液由离子液体聚合单体、引发剂组成。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的离子液体聚合单体为1-乙烯基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-辛基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-辛基咪唑氯盐、1-丙烯基-3-乙基咪唑氯盐、1-丙烯基-3-乙基咪唑溴盐、1-丙烯基-3乙基咪唑氯盐、1-丙烯基-3乙基咪唑溴盐、1-丙烯基-3-甲基咪唑溴盐、1-丙烯基-3-甲基咪唑氯盐中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的引发剂为过硫酸钾、多硫酸铵、过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基、偶氮二异丁腈、黄素、红烯及蒽类化合物中的一种或多种。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的预聚体溶液薄膜制备方法采用旋涂、滴膜、气溶胶、浸泡、拉膜、电纺丝、喷墨印刷或丝网印刷方法中的任意一种。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的离子液体凝胶预聚体的处理采用热聚合、光聚合、电聚合方法中的任意一种。
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|---|---|
| CN (1) | CN109029801B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110849510A (zh) * | 2019-09-23 | 2020-02-28 | 西安电子科技大学 | 一种压力应力传感器的制备方法及其应用 |
| CN110895173A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-03-20 | 五邑大学 | 一种基于复合多层导电材料的柔性应力传感器的制备方法 |
| CN113231277A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-08-10 | 河南特思检测技术有限公司 | 一种二维氧化物纳米压力传感器工作范围的调控方法 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110307097A1 (en) * | 2009-02-27 | 2011-12-15 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Protective skin for robots |
| CN103440896A (zh) * | 2013-06-05 | 2013-12-11 | 南京邮电大学 | 铜纳米线和聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)复合柔性透明电极及其制备方法 |
| CN104882223A (zh) * | 2015-04-27 | 2015-09-02 | 国家纳米科学中心 | 氧化石墨烯/银纳米线复合透明导电薄膜及其制备方法 |
| CN104992778A (zh) * | 2015-04-17 | 2015-10-21 | 北京天恒盛通科技发展有限公司 | 制备可弯曲透明导电电极的方法 |
| CN105140408A (zh) * | 2015-08-02 | 2015-12-09 | 北京天恒盛通科技发展有限公司 | 柔性透明复合离子液体凝胶导电电极的制备方法 |
| CN105960581A (zh) * | 2014-02-06 | 2016-09-21 | 国立研究开发法人科学技术振兴机构 | 压力传感器用片、压力传感器及压力传感器用片的制造方法 |
| US20170059426A1 (en) * | 2014-03-20 | 2017-03-02 | The University Of Akron | Flexible tactile sensors and methods of making |
| CN106568378A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-04-19 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种贴附式曲率半径测量方法 |
| CN106840476A (zh) * | 2017-01-25 | 2017-06-13 | 东南大学 | 三维碳纳米材料场效应柔性力敏传感元件及制备方法 |
| CN107044891A (zh) * | 2016-08-28 | 2017-08-15 | 美国钛晟科技股份有限公司 | 基于离子膜的电容式压力传感器 |
| CN107068291A (zh) * | 2017-04-10 | 2017-08-18 | 武汉理工大学 | 一种转移银纳米线透明导电薄膜到柔性衬底的方法 |
| CN107850497A (zh) * | 2015-03-06 | 2018-03-27 | 英属哥伦比亚大学 | 基于通过压电离子层中的移动离子的重新分布产生的电信号进行压力感测的方法和传感器 |
-
2018
- 2018-05-25 CN CN201810512943.0A patent/CN109029801B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110307097A1 (en) * | 2009-02-27 | 2011-12-15 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Protective skin for robots |
| CN103440896A (zh) * | 2013-06-05 | 2013-12-11 | 南京邮电大学 | 铜纳米线和聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)复合柔性透明电极及其制备方法 |
| CN105960581A (zh) * | 2014-02-06 | 2016-09-21 | 国立研究开发法人科学技术振兴机构 | 压力传感器用片、压力传感器及压力传感器用片的制造方法 |
| US20170059426A1 (en) * | 2014-03-20 | 2017-03-02 | The University Of Akron | Flexible tactile sensors and methods of making |
| CN107850497A (zh) * | 2015-03-06 | 2018-03-27 | 英属哥伦比亚大学 | 基于通过压电离子层中的移动离子的重新分布产生的电信号进行压力感测的方法和传感器 |
| CN104992778A (zh) * | 2015-04-17 | 2015-10-21 | 北京天恒盛通科技发展有限公司 | 制备可弯曲透明导电电极的方法 |
| CN104882223A (zh) * | 2015-04-27 | 2015-09-02 | 国家纳米科学中心 | 氧化石墨烯/银纳米线复合透明导电薄膜及其制备方法 |
| CN105140408A (zh) * | 2015-08-02 | 2015-12-09 | 北京天恒盛通科技发展有限公司 | 柔性透明复合离子液体凝胶导电电极的制备方法 |
| CN107044891A (zh) * | 2016-08-28 | 2017-08-15 | 美国钛晟科技股份有限公司 | 基于离子膜的电容式压力传感器 |
| CN106568378A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-04-19 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种贴附式曲率半径测量方法 |
| CN106840476A (zh) * | 2017-01-25 | 2017-06-13 | 东南大学 | 三维碳纳米材料场效应柔性力敏传感元件及制备方法 |
| CN107068291A (zh) * | 2017-04-10 | 2017-08-18 | 武汉理工大学 | 一种转移银纳米线透明导电薄膜到柔性衬底的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| WEIWEI XIONG,HONGLIANG LIU,ET AL.: ""Highly Conductive, Air-Stable Sliver Nanowire@longel Composite Films toward Flexible Transparent Electrodes"", 《ADVANCED MATERIALS》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110849510A (zh) * | 2019-09-23 | 2020-02-28 | 西安电子科技大学 | 一种压力应力传感器的制备方法及其应用 |
| CN110849510B (zh) * | 2019-09-23 | 2021-06-01 | 西安电子科技大学 | 一种压力应力传感器的制备方法及其应用 |
| CN110895173A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-03-20 | 五邑大学 | 一种基于复合多层导电材料的柔性应力传感器的制备方法 |
| WO2021088305A1 (zh) * | 2019-11-08 | 2021-05-14 | 五邑大学 | 一种基于复合多层导电材料的柔性应力传感器的制备方法 |
| CN113231277A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-08-10 | 河南特思检测技术有限公司 | 一种二维氧化物纳米压力传感器工作范围的调控方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109029801B (zh) | 2020-04-28 |
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