CN109489873A - 一种利用纳米银颗粒油墨制备压力传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用纳米银颗粒油墨制备压力传感器的方法，包括以下步骤：首先将预先设计的图形导入人机交互设备；之后通过人机交互设备，利用纳米银颗粒油墨在基底上喷印预先设计的图形，将喷印后的图形作为传感单元；然后对喷印有预先设计的图形的基底进行加热使纳米银颗粒油墨固化，作为初始样品；然后制备柔性保护膜；之后在传感单元两侧引出两条导线，作为最终的样品；最后通过柔性保护膜对最终的样品进行封装，完成压力传感器的制备。本发明采用原本只能做导线的纳米银颗粒制备压力传感器，使得传感器与导线连接接触电阻变小，对电路的影响减小，且传感器组分简单、制备过程易于控制，此外利用分形结构图形使压力传感器受压力范围增大。
Description
技术领域
本发明属于压力传感器制备领域，特别涉及一种利用纳米银颗粒油墨制备压力传感器的方法。
背景技术
柔性传感器的发展与研究对于高新技术的发展与繁荣有着举足轻重的作用。根据传感单元的传感机理，如今的柔性压力传感器主要分为四类。
1)压电式柔性压力传感器是根据材料的压电效应制备而成的。2)电容式柔性压力传感器的工作原理为，通过测量电容的变化，可以推导出外力的大小。3)根据晶体管的力敏效应，将其与电阻组合成压敏电桥电路，便可制作成晶体管式压力传感器。4)压阻式柔性压力传感器在受到力的作用时，具有压阻效应的材料其电阻将会随受力大小的改变而改变。通过测量材料电阻的大小就可以计算出受力的大小。根据这一性质，压阻材料被广泛的应用于压力传感器的制备中。
但是，压电式传感器只有在动态测量中才能正常工作，这极大地限制了它的发展。而电容式柔性压力传感器由于其抗干扰能力差同时后续的读取电路较为复杂，晶体管式柔性压力传感器由于制作工艺比较复杂，使其发展也受到了一定的限制。
而压阻式柔性压力传感器由于对于电阻及压力的测量容易稳定等诸多优点，已经受到了广泛的关注。Yao H B等人将石墨烯用作制备传感器的导电材料，将其与聚氨酯海绵微观结构相结合，成功制备出了压阻式柔性压力传感器。
现阶段的压阻式柔性压力传感器的研究，大多数都是集中在柔性压敏材料与刚性基底的结合，其应用的对象和范围比较局限，且在一些领域中应用效果不佳，如医疗领域中，现有的压阻式柔性压力传感器不能很好的贴合皮肤，测量结果不准确。因此研究设计一种能够实现微型化、全柔性化压阻式柔性压力传感器的具有重要的意义，而当前关于全柔性压阻式压力传感器的研究与设计还较为匮乏。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种利用纳米银颗粒油墨制备压力传感器的方法。
实现本发明目的的技术方案为：一种利用纳米银颗粒油墨制备压力传感器的方法，包括以下步骤：
步骤1、将预先设计的图形导入人机交互设备；
步骤2、通过人机交互设备，利用纳米银颗粒油墨在基底上喷印预先设计的图形，将喷印后的图形作为传感单元；
步骤3、对喷印有预先设计的图形的基底进行加热使纳米银颗粒油墨固化，作为初始样品；
步骤4、制备柔性保护膜；
步骤5、在传感单元两侧引出两条导线，作为最终的样品；
步骤6、通过柔性保护膜对步骤5最终的样品进行封装，完成压力传感器的制备。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明制备传感器的组分简单，成本低廉；2)本发明易于和其他导线做电气连接；3)本发明制备的传感器可以通过改变纳米银颗粒含量的百分比以及烧结工艺参数(温度/时间)来调节传感单元电阻的大小，以及电阻对压力的响应度；4)本发明制备传感器时无需模板，采用的图形可定制设计，且采用分形结构的图形设计，使得传感器受较大压力时也不易损坏；5)本发明通过喷印可实现大批量印刷，提高了传感器的制备效率；6)本发明可以使用PET/PI/Teslin等多种柔性基底，推广性强。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明利用纳米银颗粒油墨制备压力传感器的方法的流程图。
图2为本发明实施例中所采用的分形结构图形示意图。
图3为本发明实施例中在在传感单元两侧引出两条导线的示意图。
图4为本发明实施例制备的压力传感器示意图，其中图(a)为制备的压力传感器的效果图，图(b)为制备的压力传感器的实物图。
图5为本发明实施例中对压力传感器进行测试获得的电阻与压强测试曲线图。
具体实施方式
结合图1，本发明一种利用纳米银颗粒油墨制备压力传感器的方法，包括以下步骤：
步骤1、将预先设计的图形导入人机交互设备。其中预先设计的图形为分形结构的图形。
步骤2、通过人机交互设备，利用纳米银颗粒油墨在基底上喷印预先设计的图形，将喷印后的图形作为传感单元，具体为：利用纳米银颗粒油墨在基底上循环重叠喷印预先设计的图形n次，n≥1。其中，基底为PET或PI或Teslin，喷印采用静电喷射方法。
步骤3、对喷印有预先设计的图形的基底进行加热使纳米银颗粒油墨固化，作为初始样品。其中加热的温度为150°～200°，加热的时间为15～120min。
步骤4、制备柔性保护膜。具体为：按照PDMS固化剂与PDMS之比为1:10的比例制备柔性保护膜，
步骤4-1、取p毫升的PDMS固化剂与10×p毫升的PDMS，并将两者混合均匀；
步骤4-2、将步骤4-1的混合溶液置于真空退火炉中进行抽真空；
步骤4-3、抽取q毫升步骤4-2抽真空后的混合溶液，将其导入模具并进行静置；
步骤4-4、对步骤4-3的模具进行加热直至PDMS固化，固化后的PDMS即为制备的柔性保护膜。
步骤5、在传感单元两侧引出两条导线，作为最终的样品。
步骤6、通过柔性保护膜对步骤5最终的样品进行封装，从而完成压力传感器的制备。
进一步地，PDMS为康道宁SYLRARD184。
实施例
本发明利用纳米银颗粒油墨制备压力传感器的方法，包括以下内容：
(1)将预先设计的图形导入人机交互设备，图案可以定制设计，本实施例中采用分形结构的图形如图2所示。
(2)通过人机交互设备，利用静电喷射方法，采用Teslin作为基底，使用纳米银颗粒油墨在基底上循环重叠喷印预先设计的图形5次，喷印后的图形作为传感单元。
(3)以150°的温度对喷印有预先设计的图形的基底进行加热30分钟，使纳米银颗粒油墨固化，作为初始样品。
(4)按照PDMS固化剂与PDMS之比为1:10的比例制备柔性保护膜，本实施例中使用的PDMS为康道宁SYLRARD184。用量筒量取了15mL的PDMS溶液以及用注射器抽取了1.5mL固化剂，将两种溶液倒入烧杯中搅拌均匀，将烧杯放入真空退火炉中抽真空(不加热)20min，去除溶液内部的气泡。之后抽取10mL抽真空后的溶液导入模具中，静置一段时间，之后以150°的温度对模具加热15min至PDMS固化，固化后的PDMS即为制备的柔性保护膜。
(5)采用喷涂纳米银颗粒油墨的方式在传感单元的两侧引出两条银线如图3所示，在银线的末端涂上导电银胶，作为最终的样品。
(6)通过柔性保护膜对步骤5最终的样品进行封装，完成压力传感器的制备，制备的压力传感器如图4所示。
对本实施例中制备的传感器进行测试，测量压力传感器电阻与压强之间关系如图5所示，对曲线进行拟合，拟合度R2＝0.9874，线性度很好，验证了使用纳米银颗粒做传感介质测量压强的可行性。
本发明采用原本只能做导线的纳米银颗粒制备压力传感器，使得传感器与导线连接接触电阻变小，对电路的影响减小，且传感器组分简单、制备过程易于控制，此外利用分形结构图形使压力传感器受压力范围增大。
Claims (9)
1.一种利用纳米银颗粒油墨制备压力传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将预先设计的图形导入人机交互设备；
步骤2、通过人机交互设备，利用纳米银颗粒油墨在基底上喷印预先设计的图形，将喷印后的图形作为传感单元；
步骤3、对喷印有预先设计的图形的基底进行加热使纳米银颗粒油墨固化，作为初始样品；
步骤4、制备柔性保护膜；
步骤5、在传感单元两侧引出两条导线，作为最终的样品；
步骤6、通过柔性保护膜对步骤5最终的样品进行封装，完成压力传感器的制备。
2.根据权利要求1所述利用纳米银颗粒油墨制备压力传感器的方法，其特征在于，步骤1所述预先设计的图形为分形结构的图形。
3.根据权利要求1所述利用纳米银颗粒油墨制备压力传感器的方法，其特征在于，步骤2所述基底为PET或PI或Teslin。
4.根据权利要求1所述利用纳米银颗粒油墨制备压力传感器的方法，其特征在于，步骤2所述喷印采用静电喷射方法。
5.根据权利要求1所述利用纳米银颗粒油墨制备压力传感器的方法，其特征在于，步骤2所述利用纳米银颗粒油墨在基底上喷印预先设计的图形具体为：利用纳米银颗粒油墨在基底上循环重叠喷印预先设计的图形n次，n≥1。
6.根据权利要求1所述利用纳米银颗粒油墨制备压力传感器的方法，其特征在于，
步骤3所述对喷印有预先设计的图形的基底进行加热使纳米银颗粒油墨固化，其加热的温度为150°～200°，加热的时间为15～120min。
7.根据权利要求1所述利用纳米银颗粒油墨制备压力传感器的方法，其特征在于，
步骤4所述制备柔性保护膜具体为：按照PDMS固化剂与PDMS之比为1:10的比例制备柔性保护膜，
步骤4-1、取p毫升的PDMS固化剂与10×p毫升的PDMS，并将两者混合均匀；
步骤4-2、将步骤4-1的混合溶液置于真空退火炉中进行抽真空；
步骤4-3、抽取q毫升步骤4-2抽真空后的混合溶液，将其导入模具并进行静置；
步骤4-4、对步骤4-3的模具进行加热直至PDMS固化，固化后的PDMS即为制备的柔性保护膜。
8.根据权利要求7所述利用纳米银颗粒油墨制备压力传感器的方法，其特征在于，所述PDMS为康道宁SYLRARD184。
9.根据权利要求1所述利用纳米银颗粒油墨制备压力传感器的方法，其特征在于，步骤6所述通过柔性保护膜对步骤5最终的样品进行封装具体为：将最终的样品置于两片柔性保护膜之间即完成封装。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190319 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |