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CN108981980A - 一种纳米级圆台微结构压力传感器及其制备方法 - Google Patents

一种纳米级圆台微结构压力传感器及其制备方法 Download PDF

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杨为家
何鑫
刘均炎
蒋庭辉
江嘉怡
刘俊杰
刘铭全
刘艳怡
王诺媛
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Wuyi University Fujian
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Wuyi University Fujian
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Abstract

本发明公开了一种纳米级圆台微结构压力传感器的制备方法，(1)以双通孔多孔阳极氧化铝为模板，将双通孔多孔阳极氧化铝模板固定在平整的基板上；(2)在所述双通孔多孔阳极氧化铝模板上均匀涂覆Ag纳米线，其中至少一根所述Ag纳米线渗入或进入双通孔多孔阳极氧化铝模板的孔洞当中；(3)接着在双通孔多孔阳极氧化铝模板上均匀涂覆PDMS；(4)固化、脱模，得到纳米级圆台微纳结构的PDMS；(5)在所述纳米级圆台微纳结构的PDMS具有纳米级圆台微纳结构的面上均匀涂覆Ag纳米线；(6)采用镀有氧化铟锡的PET面对面进行封装，并制备引出电极。本发明的传感器响应灵敏度高，结构稳定性好，使用寿命长。

Description

一种纳米级圆台微结构压力传感器及其制备方法
技术领域
本发明属于压力传感器技术领域，具体涉及一种纳米级圆台微结构压力传感器及其制备方法。
背景技术
多孔阳极氧化铝在纳米合成和微纳米技术领域有着广泛的应用。AAO模板具有规则的多孔结构，呈近乎精确的六方密排周期性排列，柱形孔道彼此平行，密排的周期和孔道的孔径都可调可控，以及具有较高的介电常数等，这种独特的多孔结构及氧化铝的优良特性，使得AAO已经成为组装纳米有序复合结构的理想载体。
传感器是当今科学发展中非常重要的一个领域，它可以在医疗健康、智能家居、环境保护、安全生产、国防等领域发挥积极的作用。因此，高性能传感器一直是科研人员努力的目标。其中，可用于医疗健康领域的可穿戴式压力传感器更是受到人们的广泛关注。可穿戴式压力传感器要求柔软、轻便、舒适，而满足这些要求通常是有机导电薄膜，例如PDMS、PET等。有机薄膜通常是不导电的，为了获得良好的电学性能，会在PDMS中掺入金属纳米线、碳纳米管、石墨烯等。
即使这样，仍然无法满足实际的需要，器件的灵敏度还是达不到要求，因此还需要进一步提高器件的灵敏度。为了实现这一目的，人们尝试在PDMS引入各种微结构，例如复制丝绸的微结构、荷叶的微结构、纳米级倒金字塔结构、纳米柱、纳米长条阵列等等。其中，复制丝绸的微结构、荷叶的微结构存在着诸多问题：微结构过于粗大，均一性差，器件灵敏度还需要进一步提高。而纳米级倒金字塔结构、纳米柱、纳米长条阵列的灵敏度不够，还需要进一步提高。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种纳米级圆台微结构压力传感器及其制备方法。本发明利用模板法制备纳米级圆台微纳结构，并对Ag纳米线的涂覆进行改进，从而提高了压力传感器的均一性、稳定性和灵敏度。
本发明采用以下技术方案：
一种纳米级圆台微结构压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)以双通孔多孔阳极氧化铝(AAO)为模板，将双通孔多孔阳极氧化铝模板固定在平整的基板上；
(2)在所述双通孔多孔阳极氧化铝模板上均匀涂覆Ag纳米线，其中至少一根所述Ag纳米线渗入或进入双通孔多孔阳极氧化铝模板的孔洞当中；
(3)接着在双通孔多孔阳极氧化铝模板上均匀涂覆PDMS(聚二甲基硅氧烷)；
(4)固化、脱模，得到纳米级圆台微纳结构的PDMS；
(5)在所述纳米级圆台微纳结构的PDMS具有纳米级圆台微纳结构的面上均匀涂覆Ag纳米线；
(6)采用镀有氧化铟锡(ITO)的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)为电极，将两块所述电极采用三明治方式包夹住步骤(5)中涂覆Ag纳米线的PDMS，以ITO面对ITO的方式进行封装，并制备引出电极，得到所述纳米级圆台微结构压力传感器。
进一步地，所述双通孔多孔阳极氧化铝的厚度为0.1-100微米。
进一步优选地，所述双通孔多孔阳极氧化铝的厚度为10-60微米。
进一步地，所述双通孔多孔阳极氧化铝的正面孔径为200-360nm，反面孔径为100-320nm，孔中心间距为125-450nm。
进一步地，所述基板的材质为Si、Al2O3、玻璃中的一种或多种。
进一步地，所述Ag纳米线的直径为10-150nm。在一些实施例中，所述Ag纳米线的直径为10-40nm。在一些实施例中，所述Ag纳米线的直径为40-70nm。在一些实施例中，所述Ag纳米线的直径为70-90nm。在一些实施例中，所述Ag纳米线的直径为90-110nm。在一些实施例中，所述Ag纳米线的直径为110-130nm。在一些实施例中，所述Ag纳米线的直径为130-150nm。
进一步优选地，所述Ag纳米线的直径为50-100nm。
进一步地，步骤(1)中使用强力胶带从边缘将双通孔多孔阳极氧化铝模板固定在平整的基板上。
进一步地，步骤(2)中至少一半所述Ag纳米线渗入或进入双通孔多孔阳极氧化铝模板的孔洞当中。
进一步地，步骤(3)中所述PDMS的厚度为2-100微米。
进一步优选地，步骤(3)中所述PDMS的厚度为10-50微米。
进一步地，步骤(3)中使用涂覆机均匀涂覆PDMS。
一种根据纳米级圆台微结构压力传感器的制备方法制备得到的纳米级圆台微结构压力传感器。
本发明的有益效果：
(1)本发明的Ag纳米线进入微纳结构当中，一旦微纳结构发生变形，即可迅速产生电学响应，大大提高了器件响应的灵敏度；
(2)本发明的纳米级圆台微结构压力传感器的制备方法工艺简单，生产效率高，成本低廉，适合大规模工业生产应用；
(3)本发明通过纳米级圆台相互咬合封装，大大提高了器件的灵敏度；
(4)本发明的圆台结构稳定性好，有利于提高压力传感器的寿命。
附图说明
图1为双通孔多孔阳极氧化铝模板的示意图；
图2为纳米级圆台微纳结构的示意图；
图3为纳米级圆台微纳结构压力传感器的侧面示意图；
图4为纳米级圆台相互咬合封装的压力传感器的侧面示意图；
图5是本发明实施例1制备的纳米级圆台微结构压力传感器的拉伸形变-电阻变化率曲线。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，现结合以下具体实施例做进一步说明，但是本发明不限于具体实施例。
实施例1
一种纳米级圆台微结构压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)以双通孔多孔阳极氧化铝(AAO)为模板(图1为双通孔多孔阳极氧化铝模板的示意图)，使用强力胶带从边缘将双通孔多孔阳极氧化铝模板固定在Si基板上；AAO的厚度为40微米，正面孔径为310nm，反面孔径为250nm，孔中心间距为450nm；
(2)在所述双通孔多孔阳极氧化铝模板上均匀涂覆Ag纳米线，使部分所述Ag纳米线渗入或进入双通孔多孔阳极氧化铝模板的孔洞当中，Ag纳米线的直径为80nm；
(3)接着使用涂覆机在双通孔多孔阳极氧化铝模板上均匀涂覆PDMS，其厚度为30微米；
(4)固化、脱模，得到纳米级圆台微纳结构的PDMS，图2为纳米级圆台微纳结构的示意图；
(5)在所述纳米级圆台微纳结构的PDMS具有纳米级圆台微纳结构的面上均匀涂覆Ag纳米线；
(6)采用镀有氧化铟锡(ITO)的PET为电极，以ITO面对ITO的方式进行封装，并制备引出电极，得到所述纳米级圆台微结构压力传感器。
图3为纳米级圆台微纳结构压力传感器的侧面示意图(其中11是PET，12是氧化铟锡，13是PDMS，14是Ag纳米线，15是引出电极；或者PDMS圆台相互咬合之后，使用镀有氧化铟锡的PET进行封装，并制备引出电极，即可获得结构完整的纳米级圆台微结构压力传感器(图4为纳米级圆台相互咬合封装的压力传感器的侧面示意图，其中11是PET，12是氧化铟锡，13是PDMS，14是Ag纳米线，15是引出电极)。图5是本发明实施例1制备的纳米级圆台微结构压力传感器的拉伸形变-电阻变化率曲线，二者呈现非常好的线性变化规律，其斜率为0.35，表明传感器具有较好的敏感性。
实施例2
一种纳米级圆台微结构压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)以双通孔多孔阳极氧化铝(AAO)为模板，使用强力胶带从边缘将双通孔多孔阳极氧化铝模板固定在Al2O3基板上；AAO的厚度为1微米，正面孔径为200nm，反面孔径为100nm，孔中心间距为400nm；
(2)在所述双通孔多孔阳极氧化铝模板上均匀涂覆Ag纳米线，使部分所述Ag纳米线渗入或进入双通孔多孔阳极氧化铝模板的孔洞当中，Ag纳米线的直径为50nm；
(3)接着使用涂覆机在双通孔多孔阳极氧化铝模板上均匀涂覆PDMS，其厚度为2微米；
(4)固化、脱模，得到纳米级圆台微纳结构的PDMS；
(5)在所述纳米级圆台微纳结构的PDMS具有纳米级圆台微纳结构的面上均匀涂覆Ag纳米线；
(6)采用镀有氧化铟锡(ITO)的PET为电极，以ITO面对ITO的方式进行封装，并制备引出电极，得到所述纳米级圆台微结构压力传感器。
实施例3
一种纳米级圆台微结构压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)以双通孔多孔阳极氧化铝(AAO)为模板，使用强力胶带从边缘将双通孔多孔阳极氧化铝模板固定在玻璃基板上；AAO的厚度为100微米，正面孔径为360nm，反面孔径为320nm，孔中心间距为450nm；
(2)在所述双通孔多孔阳极氧化铝模板上均匀涂覆Ag纳米线，使部分所述Ag纳米线渗入或进入双通孔多孔阳极氧化铝模板的孔洞当中，Ag纳米线的直径为150nm；
(3)接着使用涂覆机在双通孔多孔阳极氧化铝模板上均匀涂覆PDMS，其厚度为50微米；
(4)固化、脱模，得到纳米级圆台微纳结构的PDMS；
(5)在所述纳米级圆台微纳结构的PDMS具有纳米级圆台微纳结构的面上均匀涂覆Ag纳米线；
(6)采用镀有氧化铟锡(ITO)的PET为电极，以ITO面对ITO的方式进行封装，并制备引出电极，得到所述纳米级圆台微结构压力传感器。
以上所述仅为本发明的具体实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明作的等效变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之中。

Claims (10)

1.一种纳米级圆台微结构压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以双通孔多孔阳极氧化铝为模板，将双通孔多孔阳极氧化铝模板固定在平整的基板上；
(2)在所述双通孔多孔阳极氧化铝模板上均匀涂覆Ag纳米线，其中至少一根所述Ag纳米线渗入或进入双通孔多孔阳极氧化铝模板的孔洞当中；
(3)接着在双通孔多孔阳极氧化铝模板上均匀涂覆PDMS；
(4)固化、脱模，得到纳米级圆台微纳结构的PDMS；
(5)在所述纳米级圆台微纳结构的PDMS具有纳米级圆台微纳结构的面上均匀涂覆Ag纳米线；
(6)采用镀有氧化铟锡的PET为电极，将两块所述电极采用三明治方式包夹住步骤(5)中涂覆Ag纳米线的PDMS，进行封装，并制备引出电极，得到所述纳米级圆台微结构压力传感器。
2.根据权利要求1所述的纳米级圆台微结构压力传感器的制备方法，其特征在于，所述双通孔多孔阳极氧化铝的厚度为0.1-100微米。
3.根据权利要求1所述的纳米级圆台微结构压力传感器的制备方法，其特征在于，所述双通孔多孔阳极氧化铝的正面孔径为200-360nm，反面孔径为100-320nm，孔中心间距为125-450nm。
4.根据权利要求1所述的纳米级圆台微结构压力传感器的制备方法，其特征在于，所述基板的材质为Si、Al2O3、玻璃中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的纳米级圆台微结构压力传感器的制备方法，其特征在于，所述Ag纳米线的直径为10-150nm。
6.根据权利要求1所述的纳米级圆台微结构压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中使用强力胶带从边缘将双通孔多孔阳极氧化铝模板固定在平整的基板上。
7.根据权利要求1所述的纳米级圆台微结构压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中至少一半所述Ag纳米线渗入或进入双通孔多孔阳极氧化铝模板的孔洞当中。
8.根据权利要求1所述的纳米级圆台微结构压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述PDMS的厚度为2-100微米。
9.根据权利要求1所述的纳米级圆台微结构压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中使用涂覆机均匀涂覆PDMS。
10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的纳米级圆台微结构压力传感器的制备方法制备得到的纳米级圆台微结构压力传感器。
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