CN110243867A - 集驱动传感于一体的柔性智能器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种集驱动传感于一体的柔性电子器件，由膜组件和铜线组成；膜组件由四层膜构成，从上至下分别为湿敏材料层、金电极薄膜、压电材料P(VDF‑TRFE)层、金电极薄膜层，各膜层之间相互连接紧密，其中金电极薄膜导电性能和延展性优异；铜线则用银胶粘于金电极薄膜上；电信号输出通过金电极薄膜和两个铜线实现，金电极薄膜通过电子束蒸发系统蒸镀在P(VDF‑TRFE)薄膜两表面，铜线通过银胶粘于金电极薄膜上，金电极和铜线接点关于膜组件中心对称。本发明还包括集驱动传感于一体的柔性电子器件的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及到外场驱动、压电传感、柔性电子领域制作的一种集多场驱动和压电传感于一体的柔性电子器件。
背景技术
21世纪是一个信息化、智能化的大数据时代，随着经济的迅猛发展，电子产品日新月异。但是随着应用领域不断得到扩大，电子产品要求越来越丰富、苛刻，现有电子产品固体的形态和触感已经造成一定的障碍，电子产品正面临着柔性化的变革，柔性电子即将成为下一个时代电子产品的新方向。
柔性电子是一种新兴的电子技术，其具有独特的柔性、延展性以及高效、低成本制造工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景。柔性电子技术有可能带来一场电子技术革命，引起全世界的广泛关注并得到了迅速发展。美国《科学》杂志将有机电子技术进展列为2000年世界十大科技成果之一，与人类基因组草图、生物克隆技术等重大发现并列。
面对越来越多的使用环境，现今的柔性电子器件正在朝着集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展。其中柔性湿度传感器件以低成本、低能耗、易于制造和易集成到智能系统制造等优点已被广泛研究。
发明内容
本发明要克服现有技术的上述缺点，提供集驱动传感于一体的柔性智能器件及其制造方法。
本发明是一种利用湿度敏感材料和压电材料制作的一种柔性电子器件，其可以在湿度、温度，光照等外场的变化下发生形变，并发出电信号。
本发明通过以下技术方案实现；一种集驱动传感于一体的柔性电子器件，由膜组件和铜线组成；膜组件由四层膜构成，从上至下分别为湿敏材料层、金电极薄膜、压电材料P(VDF-TRFE)层、金电极薄膜层，各膜层之间相互连接紧密，其中金电极薄膜导电性能和延展性优异；铜线则用银胶粘于金电极薄膜上；电信号输出通过金电极薄膜和两个铜线实现，金电极薄膜通过电子束蒸发系统蒸镀在P(VDF-TRFE)薄膜两表面，铜线通过银胶粘于金电极薄膜上，金电极和铜线接点关于膜组件中心对称。
本发明的器件为柔性材料构成，具有很好的柔韧性，对外场变化敏感且可产生强烈的电信号。
进一步地，P(VDF-TRFE)薄膜和PEDOT:PSS薄膜的厚度比是4:1，使得此柔性器件可以快速响应和恢复。
本发明的集驱动传感于一体的柔性电子器件的膜组件通过以下步骤制备得到：
(1)用电子天平称取P(VDF-TRFE)粉末；将P(VDF-TRFE)和DMF放入锥形瓶中配置P(VDF-TRFE)质量分数为2.5％的混合溶液，进行磁力搅拌2小时；待搅拌完成后，将溶液倒入至平底培养皿；将培养皿放入烘箱，60度鼓风干燥；成膜后进行140度退火处理2小时；
(2)将P(VDF-TRFE)薄膜从培养皿上揭下，并通过电子束蒸发系统在其两表面蒸镀金电极；
(3)用胶带固定薄膜四角于载玻片上；对薄膜表面用25W的功率进行空气等离子处理60秒；在薄膜表面旋涂PEDOT:PSS，转速2000rpm，旋涂时间为60秒；放置于热台上55度加热5分钟；
(4)再次以同等参数等离子处理并旋涂PEDOT:PSS，共计在薄膜表面旋涂4层PEDOT:PSS；最后将复合材料放置热台上55度加热1小时烘干。
本发明的优点在于：本发明电子器件可由多种外场驱动，如湿度、温度、光照等等，并且可在外场改变的情况下快速响应和恢复，弯曲时可以输出强烈的电压信号。
附图说明
图1为本发明器件的结构图。
图2为本发明器件受热弯曲图。
图3为本发明器件在不同场变化的灵敏度测试图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
图1中各部件是：1-压电材料层P(VDF-TRFE)；2-湿度敏感材料层PEDOT:PSS；3-金电极薄膜；4-银胶；5-铜线。
参照图1、图2，本发明利用湿度敏感材料PEDOT:PSS以及压电材料P(VDF-TRFE)经过一系列处理制作而成的一种集驱动传感于一体的柔性电子器件，当外场变化时，例如温度升高、光照强、湿度减小等，可以导致湿度敏感材料层2失水导致体积收缩变小，而压电材料层体积无明显变化，由于此双层膜组件相互贴合，则会导致此复合材料层向湿敏材料层方向2弯曲，此时的压电材料层弯1曲，产生压电效应：压电薄膜弯曲变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面都会出现电荷，且两种电荷极性相反。因此，金电极薄膜3上下表面金电极会通过静电感应出来电荷，并通过外部电路形成压电电压输出；从而使得有电信号产生，电信号又会由金电极收集后通过粘贴在两侧的铜线输出。
此电子器件的信号输出是通过两个铜线5实现的，铜线5通过银胶4粘贴于金电极薄膜3两侧，两个铜线接点关于膜组件中心对称，金电极薄膜3负责收集P(VDF-TRFE)薄膜表面的电信号，再通过金电极薄膜3传出至铜电极，有利于提高电信号的准确性。
P(VDF-TRFE)薄膜和PEDOT:PSS薄膜的厚度比是4:1，使得此柔性器件可以快速响应和恢复。
本发明集驱动传感于一体的柔性电子器件的膜组件通过以下步骤制备得到：
(1)用电子天平称取P(VDF-TRFE)粉末；将P(VDF-TRFE)和DMF放入锥形瓶中配置P(VDF-TRFE)质量分数为2.5％的混合溶液，进行磁力搅拌2小时；待搅拌完成后，将溶液倒入至平底培养皿；将培养皿放入烘箱，60度鼓风干燥；成膜后进行140度退火处理2小时；
(2)将P(VDF-TRFE)薄膜从培养皿上揭下，并通过电子束蒸发系统在其两表面蒸镀金电极；
(3)用胶带固定薄膜四角于载玻片上；对薄膜表面用25W的功率进行空气等离子处理60秒；在薄膜表面旋涂PEDOT:PSS，转速2000rpm，旋涂时间为60秒；放置于热台上55度加热5分钟；
(4)再次以同等参数等离子处理并旋涂PEDOT:PSS，共计在薄膜表面旋涂4层PEDOT:PSS；最后将复合材料放置热台上摄氏55度加热1小时烘干。
图3显示了本发明的柔性电子器件在不同场的弯曲变化情况。
所述P(VDF-TRFE)层厚度为20um，所述PEDOT:PSS层厚度为5um，所述金电极厚度为100nm。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (3)
1.一种集驱动传感于一体的柔性电子器件，其特征在于：由膜组件和铜线组成；膜组件由四层膜构成，从上至下分别为湿敏材料层、金电极薄膜、压电材料P(VDF-TRFE)层、金电极薄膜层，各膜层之间相互连接紧密，其中金电极薄膜导电性能和延展性优异；铜线则用银胶粘于金电极薄膜上；电信号输出通过金电极薄膜和两个铜线实现，金电极薄膜通过电子束蒸发系统蒸镀在P(VDF-TRFE)薄膜两表面，铜线通过银胶粘于金电极薄膜上，金电极和铜线接点关于膜组件中心对称。
2.如权利要求1所述的集驱动传感于一体的柔性电子器件，其特征在于：P(VDF-TRFE)薄膜和PEDOT:PSS薄膜的厚度比是4:1。
3.如权利要求1所述的集驱动传感于一体的柔性电子器件的膜组件的制造方法，包括以下步骤：
(1)用电子天平称取P(VDF-TRFE)粉末；将P(VDF-TRFE)和DMF放入锥形瓶中配置P(VDF-TRFE)质量分数为2.5％的混合溶液，进行磁力搅拌2小时；待搅拌完成后，将溶液倒入至平底培养皿；将培养皿放入烘箱，60度鼓风干燥；成膜后进行140度退火处理2小时；
(2)将P(VDF-TRFE)薄膜从培养皿上揭下，并通过电子束蒸发系统在其两表面蒸镀金电极；
(3)用胶带固定薄膜四角于载玻片上；对薄膜表面用25W的功率进行空气等离子处理60秒；在薄膜表面旋涂PEDOT:PSS，转速2000rpm，旋涂时间为60秒；放置于热台上55度加热5分钟；
(4)再次以同等参数等离子处理并旋涂PEDOT:PSS，共计在薄膜表面旋涂4层PEDOT:PSS；最后将复合材料放置热台上55度加热1小时烘干。
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