CN109425449A - 一种石墨烯传感器无应力柔性电极 - Google Patents

一种石墨烯传感器无应力柔性电极 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种石墨烯传感器的无应力柔性电极，包括：柔性基底、石墨烯网、导电电极，导电电极包括连接电极和感测电极，连接电极位于石墨烯网感应区外，感测电极位于石墨烯网感应区上；连接电极包括压力释放段；压力释放段包括至少一个弯曲段，弯曲段的曲率为所述石墨烯网的网格宽度的整数倍。通过设置压力释放段，形成无应力电极，提高了石墨烯传感器的整体的弯曲特性和可靠性。

Description

一种石墨烯传感器无应力柔性电极
技术领域
本发明涉及石墨烯传感器领域，更具体地说，涉及一种石墨烯传感器的无应力柔性电极。
背景技术
柔性石墨烯作为一种具有导电性好、高韧性、高强度的新材料，在传感器领域一直处在领先的地位。采用柔性石墨烯网作为敏感元件的传感器，在石墨烯网受到力发生形变时，通过检测电阻的变化从而检测压力的变化。如专利文献(CN105092118A)中公开了一种具有高灵敏度的柔性压阻式压力传感器及其制备方法，该传感器包括柔性衬底、金属电极、网格状的石墨烯薄膜层。然而，此结构仍存在以下技术问题：柔性石墨烯网的变形次数较多，在柔性石墨烯网受到力发生形变时，由于柔性石墨烯网的网线细小，而直线型导电电极的尺寸较大，采用直线型的导电电极与石墨烯网的连接处容易整体或者局部开裂，造成导电电极与石墨烯网的连接不可靠。
因此，制备一种石墨烯制备传感器，既可以保证金属电极与基体的附着良好，同时使得石墨烯跟金属电极保持良好的电性连接成为亟待解决的技术问题。本发明为解决上述技术问题，提供了一种石墨烯传感器及其制备方法。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种石墨烯传感器，包括柔性基底、石墨烯网格、导电电极，导电电极包括连接电极和感测电极，所述连接电极位于所述石墨烯网感应区外，所述感测电极位于所述石墨烯网感应区上；其特征在于：所述连接电极包括压力释放段；所述压力释放段包括至少一个弯曲段，所述弯曲段的曲率为所述石墨烯网的网格宽度的整数倍。
优选的，感测电极位于石墨烯网的感应区上，感测电极包括第二压力释放段。
优选的，导电电极的物理表征尺寸与柔性基底厚度成比例。
优选的，所述石墨烯网厚度与柔性基底厚度成比例。
优选的，导电电极的物理表征尺寸可为：直径、边长、厚度、宽度、表面积、横截面积中的一种或多种。
优选的，所述柔性基底的材料为聚合物薄膜材料或复合薄膜材料；所述聚合物薄膜材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯及聚酰亚胺；所述复合薄膜材料包括不同聚合物的混合材料或多层聚合物薄膜材料。
优选的，导电电极材料为铂、钛、铜、铝、镍、锡、锌、金、银及其合金的一种。
优选的，石墨烯网格为阵列式分布的网格。
优选的，弯曲段为类“几”字形、半圆形、椭圆形、波浪形或者阻尼振荡型。
一种脉搏传感器的应用，其包括前述的石墨烯传感器。
本发明采用的技术方案与现有技术相比，具有以下有益的技术效果：导电电极中的应力释放段包括一个或多个弯曲段，弯曲段的曲率为石墨烯网的网格宽度的整数倍。在石墨烯传感器受应力产生形变，尤其多次形变时，柔性基底层上的导电电极会产生一定形变，上述应力释放段产生的形变能够与柔性基底层的形变相适应，彼此之间不产生更多的相对滑动，从而避免了导电电极与石墨烯网连接处的开裂；而且对柔性基底层所产生的应力波也更能相互适应，避免彼此干涉，导电电极与柔性基底的连接处不会出现裂纹，同时，还可以设置石墨烯网的厚度和柔性基底层成一定比例，这样，三者的比例在合适的范围内，能够使得应力非常小，甚至没有应力，形成无应力电极，提高了石墨烯传感器的整体的弯曲特性和可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为现有技术的柔性石墨烯传感器的结构图。
图2为本发明的柔性石墨烯传感器结构的实施例一。
图3为本发明的柔性石墨烯传感器结构的实施例二。
图4为本发明的柔性石墨烯传感器结构的实施例三。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例的技术方案进行详细的说明。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，现有技术的柔性石墨烯压力传感器的结构及其制备方法，该传感器包括柔性衬底、金属电极、网格状的石墨烯薄膜层。然而，该电极进行无应力设计。
参见图2-4，本发明的石墨烯传感器，包括柔性基底1、石墨烯网3、导电电极2，石墨烯网3为感应区，可选的为应力感应区。导电电极2包括连接电极21和感测电极22，连接电极21位于石墨烯网的感应区外，感测电极22位于石墨烯网3的感应区上，感测电极22包括应力释放段4，其包括一个或多个弯曲段，弯曲段的曲率为石墨烯网3的网格宽度的整数倍。感测电极22位于石墨烯网3的感应区上，感测电极22包括第二压力释放段。
所述导电电极2的物理表征尺寸与柔性基底1厚度成比例，可以是整数倍。其物理表征尺寸可为：直径、边长、厚度、宽度、表面积、横截面积中的一种或多种。比如导电电极2为圆形，直径是所述柔性基底1厚度的一半，石墨烯网3厚度与柔性基底厚度成比例，这样柔性基底1、石墨烯网3和导电电极2能够形成无应力电极。
所述柔性基底的材料为聚合物薄膜材料或复合薄膜材料；所述聚合物薄膜材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯及聚酰亚胺；所述复合薄膜材料包括不同聚合物的混合材料或多层聚合物薄膜材料。
所述石墨烯传感器为压力传感器。所述石墨烯网为编织结构。
所述导电电极材料为铂、钛、铜、铝、镍、锡、锌、金、银及其合金的一种。
所述应力释放段位于石墨烯网的感应区上。
所述弯曲段为“几”字形。
实施例二
所述弯曲段为半圆形。还可以设置所述弯曲段为“几”字形、半圆形、波浪形、椭圆形、阻尼振荡型或者锯齿状。
由于可穿戴设备以及生物医学等众多领域，需要精确测出人生理机体上的微小形变，从而达到了解人的正常生理活动和监控身体健康的目的，例如测出脉搏就可以了解人体是否生病等等。而要测出这一系列的微小变化，就需要灵敏度高、柔软性高和可靠性高的传感器。本发明实施例的石墨烯传感器由石墨烯编织结构的石墨烯网3构成，极大地提高了传感器的灵敏度。这样一种石墨烯压力传感器的应用，其包括上述的石墨烯传感器，且其感测电极上的压力释放段4，避免了导电电极与石墨烯网格连接处的开裂，而且对柔性基底层所产生的应力波也更能相互适应，避免彼此干涉，导电电极与柔性基底的连接处不会出现裂纹，同时，还可以设置石墨烯网的厚度和柔性基底层成一定比例，这样，三者的比例在合适的范围内，能够使得应力非常小，甚至没有应力，形成无应力电极，提高了石墨烯传感器的整体的弯曲特性和可靠性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种石墨烯传感器的无应力柔性电极，包括柔性基底、石墨烯网、导电电极，导电电极包括连接电极和感测电极，所述连接电极位于所述石墨烯网感应区外，所述感测电极位于所述石墨烯网感应区上；其特征在于：所述连接电极包括压力释放段；所述压力释放段包括至少一个弯曲段，所述弯曲段的曲率为所述石墨烯网的网格宽度的整数倍。
2.根据权利要求1所述的无应力柔性电极，其特征在于：所述感测电极位于所述石墨烯网的感应区上，所述感测电极包括第二压力释放段。
3.根据权利要求1或2所述的无应力柔性电极，其特征在于：所述导电电极的物理表征尺寸与柔性基底厚度成比例。
4.根据权利要求3所述的无应力柔性电极，其特征在于：所述导电电极的物理表征尺寸可为：直径、边长、厚度、宽度、表面积、横截面积中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的无应力柔性电极，其特征在于：所述石墨烯网厚度与柔性基底厚度成比例。
6.根据权利要求1或2所述的无应力柔性电极，其特征在于：所述柔性基底的材料为聚合物薄膜材料或复合薄膜材料；所述聚合物薄膜材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯及聚酰亚胺；所述复合薄膜材料包括不同聚合物的混合材料或多层聚合物薄膜材料。
7.根据权利要求1或2所述的无应力柔性电极，其特征在于：所述导电电极材料为铂、钛、铜、铝、镍、锡、锌、金、银及其合金的一种。
8.根据权利要求1或2所述的无应力柔性电极，其特征在于：所述的石墨烯网为阵列式分布的网格。
9.根据权利要求1或2所述的无应力柔性电极，其特征在于：所述弯曲段为类“几”字形、半圆形、椭圆形、波浪形或者阻尼振荡型。
10.一种脉搏传感器的应用，其包括权利要求1-9任一项所述的无应力柔性电极。
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