CN111765908A - 基于模板法制备银纳米线嵌入pdms柔性电容传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开基于模板法制备银纳米线嵌入PDMS柔性电容传感器的方法，包括步骤：将电介质材料PDMS匀在载玻片上固化后得到第一层PDMS膜，在第一层PDMS膜上继续匀电介质材料PDMS，得到第二层PDMS膜；将具有孔洞的PCET模板放在第二层PDMS膜上对该PCET模板与PDMS样品抽真空，固化后形成柱状微结构；洗除PCTE模板形成具有柱状微结构的PDMS介电层；在具有柱状微结构的PDMS介电层上下端分别装配嵌有AgNWs的PDMS导电膜形成的上下电极。本发明为柔性传感器微结构的制备工艺开辟了新道路，有利于广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及柔性电子技术领域，特别是涉及一种基于模板法制备银纳米线嵌入PDMS柔性电容传感器的方法。
背景技术
近年来，柔性电子领域发展日新月异。柔性传感器正成为未来机器人，体外诊断和能量收集中的重要应用器件。根据机器人系统、假肢和可穿戴医疗设备的最新进展，致力于用简单的方法实现高灵敏度的柔性传感器成为实验人员的研究热点。并且，柔性电子领域快速发展的同时，也需要电子器件制备工艺的进步。
最近，PDMS薄膜由于具有优异的弹性和介电性能，其常常充当柔性电容传感器的柔性纳米介电层。此外，它还由于自身优异的生物相容性、本征的高拉伸性、化学惰性、稳定性以及可变的机械性能，常常充当柔性电子器件的基础材料，例如柔性电容传感器的上下电极。为了实现柔性电容传感器的高灵敏度，通常采用这两种途径：(1)利用渗透理论，在柔性聚合物中添加导电填料。常填充的导电颗粒主要有金属材料和碳材料。例如，金属纳米颗粒、金属纳米线、碳纳米管、石墨等。(2)制备具有微结构的介电层，即使用气隙来增加可压缩性，例如，金字塔、纳米针和柱状等。在PDMS薄膜添加金属纳米线和创建微结构不仅可以提高可拉伸性，而且可以赋予柔性传感器更高的灵敏度和更快的响应时间。目前，大部分实验人员均利用传统光刻工艺在硅晶片上制备具有微结构的图形模具，从而制备结构化介电层。传统的光刻工艺虽然可以实现高精度制备，但它同时需要超净环境和高成本，并且其操作复杂、工艺灵活性较差。
因此，目前迫切需要提出一种方法来制备具有微结构和导电填充材料的柔性电容传感器，其操作简单，成本较低，对制备环境的要求较低，同时还具有很高的灵敏度。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于聚碳酸酯模板法制备银纳米线(AgNWs)嵌入聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性电容传感器的方法。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
基于模板法制备银纳米线嵌入PDMS柔性电容传感器的方法，包括以下步骤：
将电介质材料PDMS匀在载玻片上，固化后得到第一层PDMS膜，在第一层PDMS膜上继续匀电介质材料PDMS，得到第二层PDMS膜，形成PDMS样品；
将表面具有一定高度的孔洞的PCET模板放在第二层PDMS膜上，对该PCET模板与PDMS样品抽真空处理，用气压使未固化的PDMS进入PCET模板的孔洞里，固化后在PDMS样品上形成柱状微结构；
洗除PCTE模板，形成具有柱状微结构的PDMS介电层；
在具有柱状微结构的PDMS介电层的上下端分别装配由嵌有AgNWs的PDMS导电膜形成的上电极及下电极，完成银纳米线嵌入PDMS柔性电容传感器制作。
所述第一层PDMS膜的厚度为200um，所述第一层PDMS膜的厚度为100um。
所述PCET模板的厚度为13um表面随机分布孔洞的孔径为5um。
所述PCET模板采用二氯甲烷溶解法清除。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明具有极高的生物相容性、灵敏度且操作简单、成本较低、对操作环境的要求较低，能够实现在柔性介电层上制备柱状微结构，从而实现柔性电容传感器灵敏度的提高，为柔性传感器微结构的制备工艺开辟了新的道路，有利于广泛应用。
附图说明
图1为本发明提供的基于聚碳酸酯模板法制备AgNWs嵌入PDMS柔性电容传感器的方法的流程示意图；
图2为本发明提供的基于聚碳酸酯模板法制备AgNWs嵌入PDMS柔性电容传感器的方法中的聚碳酸酯模板的示意图；
图3为本发明提供的基于聚碳酸酯模板法制备AgNWs嵌入PDMS柔性电容传感器的方法中柔性电极制备示意图；
图4为本发明提供的基于聚碳酸酯模板法制备AgNWs嵌入PDMS柔性电容传感器的方法制备出的具有柱状微结构的电容传感器立体示意图；
图中：1为厚度为200um的第一层PDMS膜，2为具有两层PDMS膜初步介电层，3为具有随机分布的孔径相同的孔洞的PCTE模板，4为镶嵌在PCTE模板中的PDMS柱体，5为柱状微结构，6为具有柱状微结构的PDMS介电层，7为随机分布于PCET模板上的孔径相同的孔洞；8为柔性电容传感器的上极板，9为刮涂棒，10为柔性电容传感器的下极板，11为嵌有AgNWs的PDMS电极。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所述的AgNWs嵌入PDMS柔性电容传感器由三部分构成，其电介质层上下的两个电极以及中间具有柱状微结构的PDMS介电层
如图1所示，本发明基于模板法制备银纳米线嵌入PDMS柔性电容传感器的方法，包括以下步骤：
S101,将电介质材料PDMS匀在载玻片上，固化后得到第一层PDMS膜，在第一层PDMS膜上继续匀电介质材料PDMS，得到第二层PDMS膜，形成PDMS样品；这两层PDMS膜共同构成电容传感器的初步介电层；
优选的，所述第一层PDMS膜的厚度为200um，所述第一层PDMS膜的厚度为100um。
S102,将表面具有一定高度的孔洞的PCET模板放在第二层PDMS膜上，对该PCET模板与PDMS样品抽真空处理，用气压使未固化的PDMS进入PCET模板的孔洞里，固化后在PDMS样品上形成柱状微结构；
由于PCET模板上的孔洞具有一定的高度，因此，将样品再一次经过固化后，即可在PDMS上稳定的形成柱状微结构。
优选的，所述PCET模板的厚度为13um表面随机分布孔洞的孔径为5um。
S103,洗除PCTE模板，形成具有柱状微结构的PDMS介电层；
优选的，所述PCET模板采用二氯甲烷溶解法清除，由于二氯甲烷具有极强的溶解能力，因此，在保持PDMS柱状微结构不被破坏的同时，使用二氯甲烷试剂用于将PCTE模板洗除，使得样品仅由柱状PDMS和PDMS膜构成。这样，具有柱状微结构的电容传感器介电层制备完毕。
S104,在具有柱状微结构的PDMS介电层的上下端分别装配由嵌有AgNWs的PDMS导电膜形成的上电极及下电极，完成银纳米线嵌入PDMS柔性电容传感器制作。
需要说明的是，该电容器的上下电极由嵌有AgNWs的PDMS导电膜构成。由于PDMS具有一定的黏附性，因此，采用刮涂棒以棒涂或刮涂的方式将AgNW溶液多次涂敷在PDMS表面即可形成。
常见柔性电容器的上下电极由(氧化铟锡/聚对苯二甲酸)导电膜构成。ITO导电膜是采用磁控溅射的方法，在透明ITO导电膜镀层并经高温退火处理得到，而本发明的电极与ITO/PET电极相比，操作简单、生物相容性好、便于制备。
与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：
1.操作简单，使用PCTE模板制备柱状结构不需要复杂的光刻工艺，柔性电极的制备也不需要磁控溅射、高温退火等复杂的工艺，实验步骤简单、易操作；
2.对操作环境的要求较低，本发明在使用和洗除PCTE模板时均不需要超净环境，普通实验环境即可完成实验；
3.成本低，本发明使用的PCTE模板、二氯甲烷试剂以及柔性电极均为实验中常用的平价材料。
4.灵敏度高，本发明制备的柱状微结构具有很大的可压缩性，柔性电极里添加的粒子AgNWS也可以增大介电常数，这都可以很大程度地提高柔性电容传感器的灵敏度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.基于模板法制备银纳米线嵌入PDMS柔性电容传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将电介质材料PDMS匀在载玻片上，固化后得到第一层PDMS膜，在第一层PDMS膜上继续匀电介质材料PDMS，得到第二层PDMS膜，形成PDMS样品；
将表面具有一定高度的孔洞的PCET模板放在第二层PDMS膜上，对该PCET模板与PDMS样品抽真空处理，用气压使未固化的PDMS进入PCET模板的孔洞里，固化后在PDMS样品上形成柱状微结构；
洗除PCTE模板，形成具有柱状微结构的PDMS介电层；
在具有柱状微结构的PDMS介电层的上下端分别装配由嵌有AgNWs的PDMS导电膜形成的上电极及下电极，完成银纳米线嵌入PDMS柔性电容传感器制作。
2.如权利要求1所述基于模板法制备银纳米线嵌入PDMS柔性电容传感器的方法，其特征在于，所述第一层PDMS膜的厚度为200um，所述第一层PDMS膜的厚度为100um。
3.如权利要求1所述基于模板法制备银纳米线嵌入PDMS柔性电容传感器的方法，其特征在于，所述PCET模板的厚度为13um表面随机分布孔洞的孔径为5um。
4.如权利要求1所述基于模板法制备银纳米线嵌入PDMS柔性电容传感器的方法，其特征在于，所述PCET模板采用二氯甲烷溶解法清除。
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