CN112345600B - 一种基于疏水聚四氟乙烯微孔材料包覆的柔性湿度传感器的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于疏水聚四氟乙烯微孔材料包覆的柔性湿度传感器及其制备工艺，主要步骤包括：步骤S1、将疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层在25℃的乙醇中浸泡3小时；步骤S2、阴干10分钟，并且保留部分乙醇在疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层上；步骤S3、通过丝网印刷工艺将在疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层上形成金属电极层，并在80℃下真空干燥以固化金属电极层；步骤S4、在金属电极层上滴涂氧化石墨烯水分散液，形成湿度敏感材料层；步骤S5、将疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层键合在疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层上。本发明所制备的传感器具有防水防污的特性，同时由于疏水聚四氟乙烯微孔材料的透气性，保证了传感器的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺技术领域，特别是涉及一种基于疏水聚四氟乙烯微孔材料包覆的柔性湿度传感器的制备工艺。
背景技术
湿度传感器广泛应用于工业、农业、气象、交通、居家生活等众多领域。柔性湿度传感器是利用柔性材料制备的湿度敏感器件。随着物联网以及智能穿戴技术的发展，对柔性湿度传感器的需求与日俱增。
柔性湿度传感器常用的衬底材料包括PET、PI、纤维素纸等。G.Dubourg 等在PET基板上制造了柔性湿度传感器。T.Yang等通过表面改性和离子交换技术，以聚酰亚胺(PI)为衬底制作了电容式柔性湿度传感器。J.Han等使用纤维素纸制作了柔性湿度传感器，纤维素纸同时作为衬底和敏感材料。 H.Park等制作了以亲水性聚四氟乙烯同时作为敏感材料和衬底的柔性湿度传感器。现有的柔性湿度传感器衬底材料普遍具有吸水性，容易对湿度传感器性能产生影响。同时，柔性湿度传感器的敏感材料缺乏良好的保护层或直接暴露于空气环境中，不利于在恶劣环境中的应用。
疏水聚四氟乙烯微孔材料的表面吸附能很低，水分子在其表面的接触角极大，很难在微孔中发生毛细冷凝，疏水性聚四氟乙烯微孔材料可以完全透过水气而隔绝液态水，可以作为柔性湿度传感器的衬底材料和保护材料。但同时，疏水聚四氟乙烯材料极低的表面能会造成传感器制造过程中的困难，金属在衬底表面的粘附性差，传感器中的金属电极容易存在断裂、尺寸不均匀等情况，这对传感器的成品率具有负面影响。
有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的基于疏水聚四氟乙烯微孔材料包覆的柔性湿度传感器的制备工艺，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：因为疏水聚四氟乙烯材料极低的表面能，使得传感器制造过程中存在困难，影响了传感器的成品率，具体说就是，金属在衬底表面的粘附性差，并且金属电极容易存在断裂、尺寸不均匀等问题。
为了解决上述的技术问题，本发明提出一种基于疏水聚四氟乙烯微孔材料包覆的柔性湿度传感器，包括，疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层、金属电极层、湿度敏感材料层、疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层。
所述金属电极层位于所述疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层和所述湿度敏感材料层之间，所述湿度敏感材料层之上还设有疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层，所述疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层键合在所述疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层上。
优选的，所述金属电极层为银电极，所述金属电极层通过丝网印刷工艺形成在疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层上；所述敏感材料层通过滴涂氧化石墨烯水分散液形成在所述金属电极层上。
优选的，所述疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层和疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层的厚度在0.18mm-0.22mm之间；微孔孔径在0.22um-0.8um之间。
本发明也提出一种基于疏水聚四氟乙烯微孔材料包覆的柔性湿度传感器的制备工艺，具体步骤如下：
步骤S1、将疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层在25℃的乙醇中浸泡3小时。
步骤S2、在25℃的条件下阴干10分钟并且保留部分乙醇在疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层上。
步骤S3、通过丝网印刷工艺将银浆沉积在疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层上形成金属电极层，并在80℃下真空干燥30分钟。
步骤S4、在金属电极层上滴涂0.1ml0.5mg/ml的氧化石墨烯水分散液，并在50℃真空干燥1h，形成湿度敏感材料层。
步骤S5、将疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层键合在经步骤S4制备得到的疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层上。
优选的，在完成步骤S4之后，进行步骤S5之前，还需要用卤素加热器将疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层的表面温度加热至260℃，并且采用功率密度8.3W/cm2的常压等离子处理1200s，使得疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层具有一定的黏附性。
本发明的有益效果是：
1、本发明提出的制备工艺简单，采用的疏水聚四氟乙烯微孔材料具有良好的疏水性和透气性，可以实现透气防水防污的功能。
2、本发明采用的乙醇在疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层上具有良好的扩散性，在乙醇中浸泡过的疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层表面将呈现亲水性，有利于金属电极层淀积，提高成品率；金属电极层淀积和图形化完成后。通过加热等技术手段，去除疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底中的残余乙醇，可以恢复疏水聚四氟乙烯微孔材料的疏水性。
3、对疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层采用加热及常压等离子处理，能够促使聚四氟乙烯表面交联的形成，并刻蚀聚四氟乙烯表面的弱边界层，有效提高聚四氟乙烯表面的键合强度，有利于疏水聚四氟乙烯微孔材料的覆盖键合工艺。
4、综上所述，本发明提出的一种基于疏水聚四氟乙烯微孔材料包覆的柔性湿度传感器的制备工艺，所制备的传感器具有防水防污的特性，同时由于疏水聚四氟乙烯微孔材料的透气性，保证了传感器的性能。其制备工艺简单，兼顾了传感器的成品率和敏感特性。
附图说明
附图1为本发明基于疏水聚四氟乙烯微孔材料包覆的柔性湿度传感器的正面结构示意图；
附图2为本发明基于疏水聚四氟乙烯微孔材料包覆的柔性湿度传感器的剖面结构示意图。
附图说明：1-疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层、2-金属电极层、3-湿度敏感材料层、4-疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定：
实施例1
如图1、图2所示，本实施例提出一种基于疏水聚四氟乙烯微孔材料包覆的柔性湿度传感器，包括，疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层1、金属电极层2、湿度敏感材料层3、疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层4；所述金属电极层2位于所述疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层1和所述湿度敏感材料层3 之间，所述湿度敏感材料层3之上还设有疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层4。
本实施例中，所述金属电极层2为银电极，所述金属电极层2通过丝网印刷工艺形成在疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层1上；所述度敏感材料层3通过滴涂氧化石墨烯水分散液形成在所述金属电极层2上。
本实施例中，所述疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层1和疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层4的厚度在0.18mm-0.22mm之间；微孔孔径在 0.22um-0.8um之间。
在本实施例中，疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层4键合在疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层1上。
具体步骤如下：
步骤S1、将疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层1在25℃的乙醇中浸泡3 小时；
步骤S2、在25℃的条件下阴干10分钟并且保留部分乙醇在疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层1上；保留部分乙醇的目的是在于提升疏水聚四氟乙烯微孔材料的亲水性和表面粘附力。
步骤S3、通过丝网印刷工艺将银浆沉积在疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层1上形成金属电极层2，并在80℃下真空干燥30分钟；该项技术手段的目的是在于固化金属电极层2的同时，将残留在疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层1上的乙醇去除。
步骤S4、在金属电极层2上滴涂0.1m l浓度为0.5mg/ml的氧化石墨烯水分散液并在50℃真空干燥1h，形成湿度敏感材料层3；
步骤S5、另取一片疏水聚四氟乙烯微孔材料作为疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层4，并且将键合疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层4在经步骤S4 制备得到的疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层1上。
为了达到更好的技术效果，在完成步骤S4之后，进行步骤S5之前，还需要用卤素加热器将疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层4的表面温度加热至260℃，并且采用功率密度8.3W/cm2的常压等离子处理1200s，该项技术手段的目的是在于，疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层4在进行覆盖键合前，通过对其进行加热以及常压等离子体处理增加疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层4键合一侧的粘附性，该项处理，在不影响疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层4的内部材料特性的同时，便于键合，并且又可以保证疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层4的疏水性、防污染和透气性。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (2)
1.一种基于疏水聚四氟乙烯微孔材料包覆的柔性湿度传感器的制备工艺，其特征在于，所述基于疏水聚四氟乙烯微孔材料包覆的柔性湿度传感器，包括，疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层(1)、金属电极层(2)、湿度敏感材料层(3)、疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层(4)；
所述金属电极层(2)位于所述疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层(1)和所述湿度敏感材料层(3)之间，所述湿度敏感材料层(3)之上还设有疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层(4)，所述疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层(4)键合在所述疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层(1)上；
所述金属电极层(2)为银电极，所述金属电极层(2)通过丝网印刷工艺形成在疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层(1)上；所述度敏感材料层(3)通过滴涂氧化石墨烯水分散液形成在所述金属电极层(2)上；
所述疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层(1)和疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层(4)的厚度在0.18mm-0.22mm之间；微孔孔径在0.22um-0.8um之间；
所述基于疏水聚四氟乙烯微孔材料包覆的柔性湿度传感器的制备工艺，步骤如下：
步骤S1、将疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层(1)在25℃的乙醇中浸泡3小时；
步骤S2、在25℃的条件下阴干10分钟并且保留部分乙醇在疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层(1)上；
步骤S3、通过丝网印刷工艺将银浆沉积在疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层(1)上形成金属电极层(2)，并在80℃下真空干燥30分钟；
步骤S4、在金属电极层(2)上滴涂0.1ml浓度为0.5mg/ml的氧化石墨烯水分散液并在50℃真空干燥1h，形成湿度敏感材料层(3)；
步骤S5、将疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层(4)键合在经步骤S4制备得到的疏水聚四氟乙烯微孔材料衬底层(1)上。
2.根据权利要求1所述的一种基于疏水聚四氟乙烯微孔材料包覆的柔性湿度传感器的制备工艺，其特征在于，在完成步骤S4之后，进行步骤S5之前，还需要用卤素加热器将疏水聚四氟乙烯微孔材料保护层(4)的表面温度加热至260℃，并且采用功率密度8.3W/cm2的常压等离子处理1200s。
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| A Fast Response Flexible Humidity Sensor based on PTFE Micropore Substrate;Wenhao Chen等;《IEEE Sensors》;20191031;第21卷(第8期);全文 * |
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