CN110081811B - 一种传感器结构及其制备方法，应变监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种传感器结构及其制备方法，应变监测方法及装置，用以对物体的应变进行监测。本申请实施例提供的一种传感器结构，所述传感器结构包括：导电弹性层、附着在所述导电弹性层上的纳米线电极，位于所述纳米线电极之上的发光功能层，以及位于所述发光功能层之上的柔性电极。

Description

一种传感器结构及其制备方法，应变监测方法及装置

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，尤其涉及一种传感器结构及其制备方法，应变监测方法及装置。

背景技术

工业自控等环境需要对拉伸应变进行监测，需要利用应变传感器测量物体受拉伸变形所产生的应变。但是，现有技术中的拉变传感器尺寸较大、不易携带。综上，现有技术中的应变传感器无法对微小尺寸物体进行监测，限制了应变传感器的应用。

发明内容

本申请实施例提供了一种传感器结构及其制备方法，应变监测方法及装置，用以对物体的应变进行监测。

本申请实施例提供的一种传感器结构，所述传感器结构包括：导电弹性层、附着在所述导电弹性层上的纳米线电极，位于所述纳米线电极之上的发光功能层，以及位于所述发光功能层之上的柔性电极。

本申请实施例提供的传感器结构，包括由附着在导电弹性层上的纳米线电极、发光功能层、以及柔性电极构成的有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)器件，由于纳米线电极附着在导电弹性层上，在拉伸应变的作用下，纳米线的铺展程度以及排列情况会发生改变，进而电极的面电阻会发生改变，传感器结构的电流相应发生变化，通过检测传感器结构的参数的变化，监测到应变的变化，并且可以根据传感器结构的参数确定应变的大小，从而本申请实施例提供的传感器结构可以进行应变监测。本申请实施例提供的传感器结构，还具有OLED的质轻、易便携、可柔性化的优点，从而可以对不同环境下的待监测物体进行拉伸应变监测。

可选地，所述导电弹性层包括：附着所述纳米线电极的第一弹性层，以及位于所述第一弹性层背离所述纳米线电极一侧的第二弹性层；至少所述第一弹性层导电；所述第一弹性层的弹性模量小于所述第二弹性层的弹性模量。

本申请实施例提供的传感器结构，第一弹性层用于粘附纳米线电极，第二弹性层用于支撑粘附纳米线电极的第一弹性层以及用于在应变压力施加后恢复原状。

可选地，所述第一弹性层具有波浪结构，附着在所述第一弹性层的所述纳米线电极沿所述波浪结构铺展。

本申请实施例提供的传感器结构，第一弹性层中的波浪结构可以释放应力，在拉伸的过程中不会破坏材料本身的内部结构，从而可以保护纳米线电极，使得应变以及应力不会破坏纳米线电极的结构。

可选地，所述传感器结构还包括位于所述纳米线电极与所述发光功能层之间的平坦化层。

本申请实施例提供的传感器结构，平坦化层可以起到电荷传输的作用，还起到平坦起伏的波浪结构的作用，从而不会影响OLED器件良率。

可选地，所述传感器结构还包括与所述第一弹性层以及所述柔性电极连接的电极引线。

可选地，所述第一弹性层的材料为聚丙烯酸酯，所述第二弹性层的材料为聚甲基硅氧烷；或者所述第一弹性层的材料为聚甲基硅氧烷，所述第二弹性层的材料为聚酰亚胺。

本申请实施例提供的一种传感器结构的制备方法，所述方法包括：

形成纳米线电极以及导电弹性层，其中所述纳米线电极附着在所述导电弹性层上；

在所述纳米线电极之上依次形成发光功能层以及柔性电极。

可选地，形成纳米线电极以及导电弹性层，具体包括：

在第一基底上形成纳米线电极；

在形成所述纳米线电极的第一基底之上依次形成第一弹性层和第二弹性层；其中，所述第一弹性层的弹性模量小于所述第二弹性层的弹性模量；

剥离所述第一基底。

可选地，在剥离所述第一基底之后，该方法还包括：

对附着所述纳米线电极的导电弹性层进行拉伸并等待所述导电弹性层恢复，在所述第一弹性层形成波浪结构，以使附着在所述第一弹性层的所述纳米线电极沿所述波浪结构铺展。

可选地，在所述第一弹性层形成起伏的波浪结构之后，该方法还包括：

将附着所述纳米线电极的导电弹性层置于第二基底，其中所述第二弹性层与所述第二基底接触；

在所述纳米线电极之上依次形成发光功能层以及柔性电极之后，该方法还包括：

剥离所述第二基底。

可选地，该方法还包括：在所述纳米线电极与所述发光功能层之间形成平坦化层。

本申请实施例提供的一种应变监测方法，所述方法包括：

将本申请实施例提供的上述传感器结构贴付在待监测物体表面；

对所述传感器结构的发光亮度或发光效率进行检测；

根据检测得到的所述传感器结构的发光亮度或发光效率，以及预设的发光亮度与应变的对应关系或者预设的发光效率与应变的对应关系，确定所述待监测物体的应变。

本申请实施例提供的一种应变监测装置，包括本申请实施例提供的上述传感器结构。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种传感器结构的示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种传感器结构的示意图；

图3为本申请实施例提供的又一种传感器结构的示意图；

图4为本申请实施例提供的一种传感器结构制备方法的流程示意图；

图5为本申请实施例提供的又一种传感器结构制备方法的流程示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种传感器结构，如图1所示，所述传感器结构包括：导电弹性层1、附着在所述导电弹性层1上的纳米线电极2，位于所述纳米线电极2之上的发光功能层3，以及位于所述发光功能层3之上的柔性电极4。

本申请实施例提供的传感器结构，包括由附着在导电弹性层上的纳米线电极、发光功能层、以及柔性电极构成的OLED器件，由于纳米线电极附着在导电弹性层上，在拉伸应变的作用下，纳米线的铺展程度以及排列情况会发生改变，进而电极的面电阻会发生改变，传感器结构的电流相应发生变化，通过检测传感器结构的参数的变化，监测到应变的变化，并且可以根据传感器结构的参数确定应变的大小，从而本申请实施例提供的传感器结构可以进行应变监测。本申请实施例提供的传感器结构，还具有OLED的质轻、易便携、可柔性化的优点，从而可以对不同环境下的待监测物体进行拉伸应变监测。

需要说明的是，柔性电极是指同时具有导电性和可拉伸性的电极。由于本申请实施例提供的传感器结构可用于对待监测物体的拉伸应变进行监测，即待监测物体发生形变传感器结构也随之发生形变，因此位于发光功能层之上的电极为柔性电极。本申请实施例提供的传感器结构中，柔性电极例如可以是聚合物掺杂导电粒子或导电聚合物薄膜等。可选地，所述柔性电极的材料为聚甲基丙烯酸甲酯:银(PMMA:Ag)的复合薄膜。

可选地，如图2所示，所述导电弹性层1包括：附着所述纳米线电极2的第一弹性层5，以及位于所述第一弹性层5背离所述纳米线电极2一侧的第二弹性层6；至少所述第一弹性层5导电；所述第一弹性层5的弹性模量小于所述第二弹性层6的弹性模量。

本申请实施例提供的传感器结构，纳米线电极附着在第一弹性层，即纳米线电极与第一弹性层接触，第一弹性层作为纳米线的载体，并且纳米线电极在第一弹性层的铺展程度可以随着第一弹性层发生形变而变化。

本申请实施例提供的传感器结构，第一弹性层用于粘附纳米线电极，第二弹性层用于支撑粘附纳米线电极的第一弹性层以及用于在应变压力施加后恢复原状。

可选地，如图2所示，所述第一弹性层5具有波浪结构7，附着在所述第一弹性层的所述纳米线电极沿所述波浪结构铺展。

由于所述第一弹性层的弹性模量小于所述第二弹性层的弹性模量，第二弹性层恢复原状比第一弹性层快，在第二弹性层已经恢复的情况下，会压缩第一弹性层，从而在第一弹性层形成波浪结构。

本申请实施例提供的传感器结构，第一弹性层中的波浪结构可以释放应力，在拉伸的过程中不会破坏材料本身的内部结构，从而可以保护纳米线电极，使得应变以及应力不会破坏纳米线电极的结构。

所述波浪结构的凸起的尺寸L1小于10微米。

可选地，如图3所示，所述传感器结构还包括位于所述纳米线电极2与所述发光功能层3之间的平坦化层8。

本申请实施例提供的传感器结构，平坦化层可以起到电荷传输的作用，还起到平坦起伏的波浪结构的作用，从而不会影响OLED器件良率。

本申请实施例提供的传感器结构，发光功能层例如可以包括空穴注入层、有机发光层、电子传输层等膜层，可选地，平坦化层可以复用发光功能层中的除有机发光层之外且与纳米线电极最靠近的膜层。

可选地，所述传感器结构还包括与所述第一弹性层以及所述柔性电极连接的电极引线。

可选地，所述第一弹性层的材料为聚丙烯酸酯，所述第二弹性层的材料为聚甲基硅氧烷(PDMS)；或者所述第一弹性层的材料为聚甲基硅氧烷，所述第二弹性层的材料为聚酰亚胺(PI)。

本申请实施例提供的一种传感器结构的制备方法，如图4所示，所述方法包括：

S401、形成纳米线电极以及导电弹性层，其中所述纳米线电极附着在所述导电弹性层上；

S402、在所述纳米线电极之上依次形成发光功能层以及柔性电极。

可选地，步骤S401形成纳米线电极以及导电弹性层，具体包括：

S4011、在第一基底上形成纳米线电极；

在第一基底上形成纳米线电极具体包括：在第一基底上涂覆纳米线，例如可以涂覆AgNW的甲醇溶液，或者CNT的甲醇溶液，后续经过干燥以及后烘工艺，形成纳米线电极；

S4012、在形成所述纳米线电极的第一基底之上依次形成第一弹性层和第二弹性层；其中，所述第一弹性层的弹性模量小于所述第二弹性层的弹性模量；

例如，所述第一弹性层的材料为聚丙烯酸酯单体，所述第二弹性层的材料为PDMS，在形成所述纳米线电极的第一基底上涂覆聚丙烯酸酯单体，利用紫外光源进行固化后，形成聚丙烯酸酯；之后再涂覆PDMS，并进行干燥、后烘工艺形成第二弹性层；

S4013、剥离所述第一基底。

可选地，在剥离所述第一基底之后，该方法还包括：

S4014、对附着所述纳米线电极的导电弹性层进行拉伸并等待所述导电弹性层恢复，在所述第一弹性层形成波浪结构，以使附着在所述第一弹性层的所述纳米线电极沿所述波浪结构铺展。

例如，可以将附着所述纳米线电极的导电弹性层拉伸到原长度的2～3倍。

可选地，在所述第一弹性层形成起伏的波浪结构之后，该方法还包括：

S4015、将附着所述纳米线电极的导电弹性层置于第二基底，其中所述第二弹性层与所述第二基底接触；

步骤S402在所述纳米线电极之上依次形成发光功能层以及柔性电极之后，该方法还包括：

S403、剥离所述第二基底。

可选地，该方法还包括：在所述纳米线电极与所述发光功能层之间形成平坦化层。

接下来以导电弹性层包括第一弹性层以及第二弹性层为例，对本申请实施例提供的传感器结构制备方法进行举例说明，如图5所示，传感器结构制备方法包括如下步骤：

S501、在第一基底9上涂覆纳米线溶液，经过干燥以及后烘工艺，形成纳米线电极2；

S502、在形成纳米线电极2的第一基底9之上依次形成第一弹性层5和第二弹性层6；

S503、剥离所述第一基底；

S504、对附着所述纳米线电极的第一弹性层5以及第二弹性层6进行拉伸并等待第一弹性层5和第二弹性层6恢复，在所述第一弹性层5形成波浪结构；

S505、将附着所述纳米线电极的第一弹性层5以及第二弹性层6置于第二基底10，第二弹性层6与所述第二基底10接触；

S506、在纳米线电极2之上依次形成平坦化层8、发光功能层3以及柔性电极4；

S507、剥离第二基底10。

其中，第一基底和第二基底为硬质基底，第一基底和第二基底可以是玻璃基底，第一基底还可以是硅基底。

本申请实施例提供的一种应变监测方法，所述方法包括：

将本申请实施例提供的上述传感器结构贴付在待监测物体表面；

对所述传感器结构的发光亮度或发光效率进行检测；

根据检测得到的所述传感器结构的发光亮度或发光效率，以及预设的发光亮度与应变的对应关系或者预设的发光效率与应变的对应关系，确定所述待监测物体的应变。

将传感器结构贴付在待监测物体表面，具体的可将导电弹性层一侧贴付在待监测物体表面。待监测物体例如可以是电子皮肤，利用本申请实施例提供的应变监测方法，可以监测手指弯曲时的微弱的应变，还可以监测脉搏跳动在电子皮肤产生的应变。待监测物体还可以是设备的易磨损的器件，通过对易磨损器件的应变进行检测，可以避免易磨损器件受损，提高设备的自控能力。

由于传感器结构中的纳米线电极附着在导电弹性层上，在拉伸应变的作用下，纳米线的铺展程度以及排列情况会发生改变，进而电极的面电阻会发生改变，OLED器件的电流相应发生变化，OLED器件的发光亮度、发光效率均会发生变化，即可以根据OLED器件的发光亮度或发光效率确定OLED器件的电流，并根据电流确定电极的面电阻，再根据面电阻与应变的对应关系确定应变大小。这样便可以预先测得OLED器件的发光亮度与应变的对应关系或发光效率与应变的对应关系，用于对待监测物体的应变进行监测。

本申请实施例提供的一种应变监测装置，包括本申请实施例提供的上述传感器结构。

本申请实施例提供的应变监测装置可以采用本申请实施例提供的应变监测方法对待监测物体的拉伸应变进行监测。

综上所述，本申请实施例提供的传感器结构及其制备方法，应变监测方法及应变监测装置，传感器结构中包括由附着在导电弹性层上的纳米线电极、发光功能层、以及柔性电极构成的OLED器件，由于纳米线电极附着在导电弹性层上，在拉伸应变的作用下，纳米线的铺展程度以及排列情况会发生改变，进而电极的面电阻会发生改变，传感器结构的电流相应发生变化，通过检测传感器结构的参数的变化，监测到应变的变化，并且可以根据传感器结构的参数确定应变的大小，从而本申请实施例提供的传感器结构可以进行应变监测。本申请实施例提供的传感器结构，还具有OLED的质轻、易便携、可柔性化的优点，从而可以对不同环境下的待监测物体进行拉伸应变监测。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种传感器结构，其特征在于，所述传感器结构包括：导电弹性层、附着在所述导电弹性层上的纳米线电极，位于所述纳米线电极之上的发光功能层，以及位于所述发光功能层之上的柔性电极；所述纳米线电极仅包括纳米线材料；

所述导电弹性层包括：附着所述纳米线电极的第一弹性层，以及位于所述第一弹性层背离所述纳米线电极一侧的第二弹性层；至少所述第一弹性层导电；所述第一弹性层的弹性模量小于所述第二弹性层的弹性模量；

在拉伸应变的作用下，所述纳米线电极在所述第一弹性层的铺展程度随所述第一弹性层发生形变而变化，以使所述纳米线电极的面电阻发生变化，使得所述传感器结构的电流发生变化。

2.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述第一弹性层具有波浪结构，附着在所述第一弹性层的所述纳米线电极沿所述波浪结构铺展。

3.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述传感器结构还包括位于所述纳米线电极与所述发光功能层之间的平坦化层。

4.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述传感器结构还包括与所述第一弹性层以及所述柔性电极连接的电极引线。

5.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述第一弹性层的材料为聚丙烯酸酯，所述第二弹性层的材料为聚甲基硅氧烷；或者所述第一弹性层的材料为聚甲基硅氧烷，所述第二弹性层的材料为聚酰亚胺。

6.一种传感器结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

形成纳米线电极以及导电弹性层，其中所述纳米线电极附着在所述导电弹性层上；

在所述纳米线电极之上依次形成发光功能层以及柔性电极；

所述纳米线电极仅包括纳米线材料；

形成纳米线电极以及导电弹性层，具体包括：

在第一基底上形成纳米线电极；

在形成所述纳米线电极的第一基底之上依次形成第一弹性层和第二弹性层；其中，所述第一弹性层的弹性模量小于所述第二弹性层的弹性模量；在拉伸应变的作用下，所述纳米线电极在所述第一弹性层的铺展程度随所述第一弹性层发生形变而变化，以使所述纳米线电极的面电阻发生变化，使得所述传感器结构的电流发生变化；

剥离所述第一基底。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在剥离所述第一基底之后，该方法还包括：

对附着所述纳米线电极的导电弹性层进行拉伸并等待所述导电弹性层恢复，在所述第一弹性层形成波浪结构，以使附着在所述第一弹性层的所述纳米线电极沿所述波浪结构铺展。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述第一弹性层形成起伏的波浪结构之后，该方法还包括：

将附着所述纳米线电极的导电弹性层置于第二基底，其中所述第二弹性层与所述第二基底接触；

在所述纳米线电极之上依次形成发光功能层以及柔性电极之后，该方法还包括：

剥离所述第二基底。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在所述纳米线电极与所述发光功能层之间形成平坦化层。

10.一种应变监测方法，其特征在于，所述方法包括：

将权利要求1～5任一项所述的传感器结构贴付在待监测物体表面；

对所述传感器结构的发光亮度或发光效率进行检测；

根据检测得到的所述传感器结构的发光亮度或发光效率，以及预设的发光亮度与应变的对应关系或者预设的发光效率与应变的对应关系，确定所述待监测物体的应变。

11.一种应变监测装置，其特征在于，包括权利要求1～5任一项所述的传感器结构。

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