一种基于等离子体处理的柔性应变传感器及其制备方法

本发明属于柔性传感器制备，具体涉及一种基于等离子体处理的柔性应变传感器及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着传感技术和柔性材料的发展，柔性应变传感器受到了越来越多的关注。柔性应变传感器可以应用在人工智能、健康检测、可穿戴设备等许多领域。

2、在上述应用中，柔性应变传感器必须具备以下特点：

3、(1)拉伸性好，应变范围应该大于50％；(2)灵敏度高，适用于脉搏、发音和表情变化等微小动作的测量；(3)具有可以长期多次使用的良好的稳定性。

4、常见的柔性材料包括弹性体、聚合物和复合材料等。导电材料包括碳纳米管、石墨烯、银纳米线等。柔性应变传感器的拉伸性和高灵敏度两者相互限制，因此，如何能够在不牺牲拉伸性的情况下有着较高的灵敏度，成为了各个科研人员需要探讨的问题。

5、kim等人在一种基于金属膜的应变传感器上产生了穿透性裂纹，发现该传感器的gf值高达2000，但是应变范围仅为2％，高灵敏度是由于这些穿透性裂纹使金属膜在应变过程中的导电通路减少引起的。然而这种传感器的可重复性和稳定性都存在极大的限制。

6、zhou等人将碳纳米管与不同配比的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(kh550)的混合物喷涂到pdms层上。通过cnt/kh550层表现出的脆性力学行为，在拉伸时引发裂纹的形成进而制作出具有高灵敏性的应变传感器。该传感器在应变2％时灵敏度大于1000，在应变250％时灵敏度仅为27.25。

7、因此，如何能够使裂纹可控、可逆保持器件稳定性和在具有高灵敏度的情况下，仍然不损失拉伸性是可拉伸应变传感器的关键。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种基于等离子体处理的柔性应变传感器的制备方法，该制备方法使用ecoflex柔性材料作为传感器的基底，在ecoflex基底上均匀涂抹碳纳米管，经过等离子体处理后器件表面形成裂纹，导电路径复杂化，使传感器具有高灵敏度，可以实现高度的柔韧性和可拉伸性。

2、本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

3、一种基于等离子体处理的柔性应变传感器的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1.在ecoflex基底上均匀涂抹碳纳米管；

5、步骤2.将ecoflex基底涂抹碳纳米管的一面朝上，并放入等离子清洗机中，调节等离子清洗机的功率和时间，进行氧等离子体处理；

6、步骤3.将氧等离子体处理后的器件进行封装，得到柔性应变传感器。

7、优选地，所述ecoflex基底为矩形状。

8、优选地，步骤1具体为：

9、步骤1.1.将ecoflex的a胶和b胶混合并充分搅拌均匀，然后将搅拌均匀的混合溶液进行真空处理，将真空处理后的溶液均匀倒在干净的基片上，并进行固化处理；

10、步骤1.2.将固化后的ecoflex薄膜从基片上剥离，并裁切成传感器所需的基底形状。

11、优选地，步骤1.1中，ecoflex的a胶和b胶的质量比为1：1。

12、优选地，步骤2中，所述等离子清洗机的功率为30w-90w。

13、优选地，步骤2中，所述等离子清洗机的清洗时间为30秒-150秒。

14、优选地，步骤2中，对氧等离子体处理后的器件进行预拉伸，表面出现均匀的水波裂纹。

15、优选地，步骤3具体为：

16、在步骤2氧等离子体处理后的器件的端部涂抹导电银浆，然后贴上铜胶带并进行固定；

17、对贴有铜胶带的器件进行封装，得到柔性应变传感器。

18、优选地，步骤3中，对贴有铜胶带的器件进行封装的过程为：

19、将真空处理过的ecoflex混合液均匀倒在器件表面，并进行固化处理，固化后，裁掉多余的ecoflex胶，即得到基于等离子体处理的柔性应变传感器。

20、此外，本发明还提出了一种柔性应变传感器，该柔性应变传感器是由上面述及的基于等离子体处理的柔性应变传感器的制备方法制备而成的。

21、本发明具有如下优点：

22、如上所述，本发明述及了一种基于等离子体处理的柔性应变传感器的制备方法，该制备方法使用ecoflex柔性材料作为传感器的基底，基底表面涂附多壁碳纳米管，其中基底表面涂抹碳纳米管后进行了等离子体处理。经过等离子体处理的器件会在ecoflex表面形成一层薄薄的siox，由于ecoflex和siox的弹性模量不匹配，siox的弹性模量更大，因此在发生应变时器件表面出现水波状裂纹，使导电路径复杂化，当应变进一步增大，由于应力集中在裂纹区域，裂纹面积增大，导电路径急剧减少，极大的提高了该柔性应变传感器的灵敏度。因此，经过本发明制备方法制成的柔性应变传感器的灵敏度高，具有良好的稳定性和拉伸性，本发明实现了柔性应变传感器在具有高灵敏度的情况下仍然不损失拉伸性的行为，对于后续在人体健康检测、人机交互等领域具有重要的意义。

技术特征：

1.一种基于等离子体处理的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的基于等离子体处理的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的基于等离子体处理的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的基于等离子体处理的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的基于等离子体处理的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的基于等离子体处理的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的基于等离子体处理的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的基于等离子体处理的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，

9.根据权利要求1所述的基于等离子体处理的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，

10.一种柔性应变传感器，其特征在于，所述柔性应变传感器是由上述权利要求1至9任一项所述的基于等离子体处理的柔性应变传感器的制备方法制备而成的。

技术总结
本发明属于柔性传感器制备技术领域，具体公开了一种基于等离子体处理的柔性应变传感器及其制备方法。本发明制备方法包括如下步骤：步骤1.在Ecoflex基底上均匀涂抹碳纳米管；步骤2.将Ecoflex基底涂抹碳纳米管的一面朝上，并放入等离子清洗机中，调节等离子清洗机的功率和时间，进行氧等离子体处理；步骤3.将氧等离子体处理后的器件进行封装，得到柔性应变传感器。本发明基于等离子体处理的柔性应变传感器具有灵敏度高，具有良好的稳定性和拉伸性，本发明实现了柔性应变传感器在具有高灵敏度的情况下仍然不损失拉伸性的行为，对于后续在人体健康检测、人机交互等领域具有重要的意义。

技术研发人员：刘一剑,陈达,宋戈,曲荃麟,马兴宇,蔡玉浩
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8