CN109974903A - 一种柔性压力测试板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性压力测试板及其制备方法，所述柔性压力测试板包括从上到下依次排列的PET保护层，热致变色染料掺杂的PDMS层，银纳米颗粒掺杂的PDMS层，石墨烯纳米片掺杂的PDMS层，金导电镀膜，PDMS支撑阵列，和PET支撑基底；所述制备方法包括使用旋涂方法制备包含不同掺杂成分的PDMS层，使用硅片模具制备PDMS支撑阵列以及使用热蒸发沉积的方法制备金导电镀膜。

Description

一种柔性压力测试板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种柔软可弯曲的压力测试板以及其制备方法。
背景技术
目前市场上的压力测试板一般是将压力的感应和显示分开，中间经过电信号的处理过程，这就不可避免的需要利用到光电材料，同时结构较为复杂。如果有一种压力测试板可以在精简结构的同时，不经过中间信号处理而直接将压力信号实时地转化为可视化化信号，比如光信号，其市场应用价值将具有很大的优势。
发明内容
本发明的目的是制备一种柔性压力测试板。
这种柔性压力测试板包括了从上到下依次排列的PET(聚对苯二甲酸乙二酯)保护层，热致变色染料掺杂的PDMS(聚二甲基硅氧烷)层，银纳米颗粒掺杂的PDMS层，石墨烯纳米片掺杂的PDMS层，金导电镀膜，PDMS支撑阵列，和PET支撑基底。其中所述热致变色染料为隐性染料，其掺杂的重量比为40％，当温度低于40摄氏度时这种染料显示为深紫色，当温度高于40摄氏度时这种染料显示为无色；其中所述银纳米颗粒掺杂的重量比为20％；其中石墨烯纳米片掺杂的重量比为5％；其中PDMS支撑阵列包括纵向和横向平行有序排列方形支撑点，每一个方形支撑点由方形螺旋状的PDMS凸起部分和同样方形螺旋状的PDMS凹陷部分组成，其中PDMS凸起部分的高度是50微米，宽度是80微米，相邻凸起部分的间距，也就是PDMS的宽度是80微米，其中相邻方形支撑点的间距为80微米；其中金导电镀膜位于PDMS凹陷部分，PDMS凸起部分的侧面以及方形支撑点之间的间隙部分，其厚度为120纳米；其中PET保护层的厚度为50微米，热致变色染料掺杂的PDMS层的厚度为50微米，银纳米颗粒掺杂的PDMS层的厚度为25微米，石墨烯纳米片掺杂的PDMS层的厚度为50微米，PET支撑基底的厚度是100微米。在这里，金导电镀膜作为下电极，石墨烯纳米片掺杂的PDMS层作为上电极，使用的电压信号为平台峰值为9伏特的脉冲方向电压信号，焦耳热由石墨烯纳米片掺杂的PDMS层产生，透过银纳米颗粒掺杂的PDMS层传递到热致变色染料的PDMS层，从而改变热致变色染料的颜色，此时银纳米颗粒PDMS层一方面是良好的热传递介质，另一方面，压力信号的显示由热致变色染料掺杂的PDMS层直接呈现，而此时银纳米颗粒掺杂的PDMS作为反光层，又增强了热致变色染料的颜色变化的呈现效果。在不施加压力的时候，石墨烯纳米片掺杂的PDMS层与PDMS支撑阵列中每一个支撑点的PDMS凸起部分顶端相连接，但与金导电镀膜不相连接。当对所述柔性压力测试板表面施加压力的时候，石墨烯纳米片掺杂的PDMS层与金导电镀膜相连接，石墨烯纳米片掺杂的PDMS层产生焦耳热，由于压力施加处石墨烯纳米片掺杂的PDMS层与PDMS支撑阵列的接触处受力产生形变，相互之间空隙变小，限制了经过空气的散热效应，其局部温度相对周边不施加压力部分升高，热量经过银纳米颗粒掺杂的PDMS层传递到热致变色染料掺杂的PDMS层，使温度升高至40摄氏度以上，颜色变淡为无色。而没有施加压力部分，热量主要经空气散失，经银纳米颗粒掺杂的PDMS层传递到热致变色染料掺杂的PDMS层的热量较少，颜色维持不变。如此一来，压力信号直接通过视觉信号即时呈现。
制备上述柔性压力测试板的方法主要包括三部分。第一部分是使用旋涂的方法制备热致变色染料掺杂的PDMS层，银纳米颗粒掺杂的PDMS层以及石墨烯纳米片掺杂的PDMS层。以PET保护层为基础，将PDMS底剂和固化剂按照重量比10:1的配比混合均匀，按比重加入热致变色染料，银纳米颗粒或者石墨烯纳米片，混合均匀后，用旋涂的方法依次制备热致变色染料掺杂的PDMS层，银纳米颗粒掺杂的PDMS层以及石墨烯纳米片掺杂的PDMS层。第二部分是PDMS支撑阵列和金导电镀膜的制备，用湿法刻蚀在硅片上刻出方形螺旋状的凹槽点阵，得到硅片模具，将PDMS底剂和固化剂按照重量比10:1的配比混合均匀，用旋涂的方法旋涂在硅片上，固化并脱模，得到PDMS支撑阵列，再用热蒸发沉积的方法，在PDMS支撑阵列上面沉积一层金导电镀膜，然后用一张胶带平整粘贴在表面，再轻轻撕开，移除PDMS支撑阵列顶端表面的金，得到制备好的PDMS支撑阵列和金导电镀膜。第三部分，将准备好的PET保护层，热致变色染料掺杂的PDMS层，银纳米颗粒掺杂的PDMS层，石墨烯纳米片掺杂的PDMS层，PDMS支撑阵列和金导电镀膜，以及厚度为100微米的PET支撑基底，用氧气等离子处理后，组装到一起，即得到柔性压力测试板。
附图说明
图1是本发明所述柔性压力测试板的结构示意图
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
一种柔性压力测试板，包括了从上到下依次排列的PET保护层1，热致变色染料掺杂的PDMS层2，银纳米颗粒掺杂的PDMS层3，石墨烯纳米片掺杂的PDMS层4，金导电镀膜5，PDMS支撑阵列6，和PET支撑基底7。其中所述热致变色染料掺杂的重量比为40％，所述银纳米颗粒掺杂的重量比为20％，石墨烯纳米片掺杂的重量比为5％。其中PDMS支撑阵列包括纵向和横向平行有序排列方形支撑点，每一个方形支撑点由方形螺旋状的PDMS凸起部分和同样方形螺旋状的PDMS凹陷部分组成，其中PDMS凸起部分的高度是50微米，宽度是80微米，相邻凸起部分的间距，也就是PDMS的宽度是80微米，其中相邻方形支撑点的间距为80微米；其中金导电镀膜位于PDMS凹陷部分，PDMS凸起部分的侧面以及方形支撑点之间的间隙部分，其厚度为120纳米；其中PET保护层的厚度为50微米，热致变色染料掺杂的PDMS层的厚度为50微米，银纳米颗粒掺杂的PDMS层的厚度为25微米，石墨烯纳米片掺杂的PDMS层的厚度为50微米，PET支撑基底的厚度是100微米。
制备上述柔性压力测试板的步骤包括：
第一步，制备热致变色染料掺杂的PDMS层，先将PDMS底剂和固化剂按照重量比10:1的配比混合均匀，加入热致变色染料，比重为40％，混合均匀后，转移到厚度为50微米的PET上，用旋涂的方法，旋涂一层热致变色掺杂的PDMS，其中旋涂的速度为2500转每分钟，时间为1分钟，然后在85摄氏度的烘箱中固化，得到相连接的PET保护层和热致变色染料掺杂的PDMS层。
第二步，制备银纳米颗粒掺杂的PDMS层，先将PDMS底剂和固化剂按照重量比10:1的配比混合均匀，加入银纳米颗粒，比重为20％，混合均匀后，转移到上一步骤制备得到的热致变色染料掺杂的PDMS层上面，用旋涂的方法，旋涂一层银纳米颗粒掺杂的PDMS，其中旋涂的速度为3500转每分钟，时间为1分钟，然后在85摄氏度的烘箱中固化，得到银纳米颗粒掺杂的PDMS层。
第三步，制备石墨烯纳米片掺杂的PDMS层，先将PDMS底剂和固化剂按照重量比10:1的配比混合均匀，加入石墨烯纳米片，比重为5％，混合均匀后，转移到上一步骤制备得到的银纳米颗粒掺杂的PDMS层上面，用旋涂的方法，旋涂一层石墨烯纳米片掺杂的PDMS，其中旋涂的速度为2500转每分钟，时间为1分钟，然后在85摄氏度的烘箱中固化，得到石墨烯纳米片掺杂的PDMS层。
第四步，制备PDMS支撑阵列和金导电镀膜，用湿法刻蚀在硅片上刻出方形螺旋状的凹槽点阵，得到硅片模具，将PDMS底剂和固化剂按照重量比10:1的配比混合均匀，用旋涂的方法旋涂在硅片上，旋涂的速度是2000转每分钟，时间为1分钟，然后在85摄氏度的烘箱中固化并脱模，得到PDMS支撑阵列，再用热蒸发沉积的方法，在PDMS支撑阵列上面沉积一层金导电镀膜，然后用一张胶带平整粘贴在表面，再轻轻撕开，移除PDMS支撑阵列顶端表面的金，得到制备好的PDMS支撑阵列和金导电镀膜。
第五步，柔性压力测试板的组装，将第一步，第二步，第三步准备好的PET保护层，热致变色染料掺杂的PDMS层，银纳米颗粒掺杂的PDMS层，石墨烯纳米片掺杂的PDMS层，第四步准备好的PDMS支撑阵列和金导电镀膜，以及厚度为100微米的PET支撑基底，用氧气等离子处理后，组装到一起，得到柔性压力测试板。

Claims (2)

1.一种柔性压力测试板，其技术特征在于包括从上到下依次排列的PET(聚对苯二甲酸乙二酯)保护层，热致变色染料掺杂的PDMS(聚二甲基硅氧烷)层，银纳米颗粒掺杂的PDMS层，石墨烯纳米片掺杂的PDMS层，金导电镀膜，PDMS支撑阵列，和PET支撑基底；其中所述热致变色染料为隐性染料，其掺杂的重量比为40％，当温度低于40摄氏度时染料显示为深紫色，当温度高于40摄氏度时染料显示为无色；其中所述银纳米颗粒掺杂的重量比为20％；其中石墨烯纳米片掺杂的重量比为5％；其中PDMS支撑阵列包括纵向和横向平行有序排列方形支撑点，每一个方形支撑点由方形螺旋状的PDMS凸起部分和同样方形螺旋状的PDMS凹陷部分组成，其中PDMS凸起部分的高度是50微米，宽度是80微米，相邻凸起部分的间距，也就是PDMS的宽度是80微米，其中相邻方形支撑点的间距为80微米；其中金导电镀膜位于PDMS凹陷部分，PDMS凸起部分的侧面以及方形支撑点之间的间隙部分，其厚度为120纳米；其中PET保护层的厚度为50微米，热致变色染料掺杂的PDMS层的厚度为50微米，银纳米颗粒掺杂的PDMS层的厚度为25微米，石墨烯纳米片掺杂的PDMS层的厚度为50微米，PET支撑基底的厚度是100微米。
2.一种柔性压力测试板的制备方法，其技术特征在于包括以下制备步骤：第一步，制备热致变色染料掺杂的PDMS层，先将PDMS底剂和固化剂按照重量比10:1的配比混合均匀，加入热致变色染料，比重为40％，混合均匀后，转移到厚度为50微米的PET上，用旋涂的方法，旋涂一层热致变色掺杂的PDMS，其中旋涂的速度为2500转每分钟，时间为1分钟，然后在85摄氏度的烘箱中固化，得到相连接的PET保护层和热致变色染料掺杂的PDMS层；第二步，制备银纳米颗粒掺杂的PDMS层，先将PDMS底剂和固化剂按照重量比10:1的配比混合均匀，加入银纳米颗粒，比重为20％，混合均匀后，转移到上一步骤制备得到的热致变色染料掺杂的PDMS层上面，用旋涂的方法，旋涂一层银纳米颗粒掺杂的PDMS，其中旋涂的速度为3500转每分钟，时间为1分钟，然后在85摄氏度的烘箱中固化，得到银纳米颗粒掺杂的PDMS层；第三步，制备石墨烯纳米片掺杂的PDMS层，先将PDMS底剂和固化剂按照重量比10:1的配比混合均匀，加入石墨烯纳米片，比重为5％，混合均匀后，转移到上一步骤制备得到的银纳米颗粒掺杂的PDMS层上面，用旋涂的方法，旋涂一层石墨烯纳米片掺杂的PDMS，其中旋涂的速度为2500转每分钟，时间为1分钟，然后在85摄氏度的烘箱中固化，得到石墨烯纳米片掺杂的PDMS层；第四步，制备PDMS支撑阵列和金导电镀膜，用湿法刻蚀在硅片上刻出方形螺旋状的凹槽点阵，得到硅片模具，将PDMS底剂和固化剂按照重量比10:1的配比混合均匀，用旋涂的方法旋涂在硅片上，旋涂的速度是2000转每分钟，时间为1分钟，然后在85摄氏度的烘箱中固化并脱模，得到PDMS支撑阵列，再用热蒸发沉积的方法，在PDMS支撑阵列上面沉积一层金导电镀膜，然后用一张胶带平整粘贴在表面，再轻轻撕开，移除PDMS支撑阵列顶端表面的金，得到制备好的PDMS支撑阵列和金导电镀膜；第五步，最后，将第一步，第二步，第三步准备好的PET保护层，热致变色染料掺杂的PDMS层，银纳米颗粒掺杂的PDMS层，石墨烯纳米片掺杂的PDMS层，第四步准备好的PDMS支撑阵列和金导电镀膜，以及厚度为100微米的PET支撑基底，用氧气等离子处理后，组装到一起，得到柔性压力测试板。
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