一种超稳的高灵敏负介电柔性传感器介电层制备的方法

本申请涉及柔性电子，更具体地说，它涉及一种超稳的高灵敏负介电柔性传感器介电层制备的方法。

背景技术：

1、传统的电子应变传感器不仅受限于材料自身性质及加工水平，而且其耐拉伸、弯折及扭转等复杂机械形变较差，已无法满足超柔、空间适应性、环境依赖性及生物相容性等综合需求。传统电子应变传感器采用的电极一般为金属材料，其本身不具有柔性，多采用减薄金属膜层厚度或设计特殊结构等方法赋予其柔性，这将极大地提高成本且制备工艺复杂。此外，不同电极因功函数和物化特性各异，沉积在功能层上会形成表/界面效应影响荷电输运，导致器件性能存在差异。由于理论限制，传统的高介电柔性传感器的灵敏度存在着上限，尤其在小应变检测方面，其灵敏度已经远远满足不了日益发展的社会与工业需求。

2、负介电常数的材料(负介电材料)在叠层电容、无绕线电感、电磁屏蔽和吸波等方面表现出巨大的应用潜力。新型电子应变传感器的电极通常常采用柔性基底物质和导电物质制成。但是传统柔性基底的制备工艺会配制同时含有柔性基底物质和导电物质的混合溶液，然后通过倒模或静电纺丝等方法制备复合介电层，这样得到的介电层会出现ag纳米颗粒混合不均匀ag纳米颗粒发生团聚的现象，影响复合介电层的介电性能和力学性能。部分工艺制备了具有核壳结构的ag填料，虽然避免了ag纳米颗粒团聚，但这种工艺耗时长、成本高、成功率低。

3、针对上述问题，本申请提出了一种超稳的高灵敏负介电柔性传感器介电层制备的方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本申请提供了一种超稳的高灵敏负介电柔性传感器介电层制备的方法。

2、一种超稳的高灵敏负介电柔性传感器介电层制备的方法，包括以下制备步骤：

3、s1、首先配制基底材料溶液，然后通过纺丝工艺制备纳米纤维多孔膜，最后将制备的纳米纤维多孔膜到的切成纳米纤维多孔膜基底；

4、s2、取ag纳米颗粒放入分散液中，在冰浴的状态下预先超声分散，使ag纳米颗粒成为微小颗粒并均匀的分散在分散液中；

5、s3、将切好的纳米纤维多孔膜基底放入预先分散好的分散液中，在冰浴状态下超声，之后将纳米纤维多孔膜基底捞出，使用与分散液相同的物质冲洗，然后放入烘箱烘干，烘干后得到制备的具有负相对介电常数的传感器介电层；

6、s4、在传感器介电层两侧涂上导电物质并烘干，形成“三明治”式结构的复合介电层；

7、s5、取新制成的复合介电层，在复合介电层的上下两侧放置导电布作为传感器的电极层，并在电极层上固定导线用来引出电信号，在电极层的外侧粘上绝缘胶带。

8、作为本发明的一种较佳实施方式，所述步骤s1中的基底材料设置为苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、热塑性聚氨酯橡胶、氟橡胶中的至少一种。

9、作为本发明的一种较佳实施方式，所述步骤s1中基底材料溶液的溶剂为四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺或四氢呋喃和n,n-二甲基甲酰胺的混合溶液。

10、作为本发明的一种较佳实施方式，所述步骤s1中的纺丝工艺为气流纺丝或者静电纺丝。

11、作为本发明的一种较佳实施方式，所述步骤s2中的分散液为酒精或者水。

12、作为本发明的一种较佳实施方式，所述步骤s4中的导电物质为导电银浆或者液态金属。

13、作为本发明的一种较佳实施方式，所述步骤s5中的绝缘胶带为聚酰亚胺胶带或者3m胶带。

14、有益效果

15、与现有技术相比，本发明提供了一种超稳的高灵敏负介电柔性传感器介电层制备的方法，具备以下有益效果：

16、一、吹纺制备的纳米纤维多孔介电层，相对于倒模或静电纺丝等方法制备的复合介电层有着丰富的附着孔位。其生产的纳米纤维多孔膜，疏松多孔结构更有利于ag纳米颗粒进入其内部，为后续超声浸渍过程中ag纳米颗粒的附着提供了更多的附着位点。解决了介电层中ag纳米颗粒混合不均匀的难题，抑制了ag纳米颗粒团聚现象的发生，极大提高了复合介电层的介电性能和力学性能。

17、二、本申请的制备方法可以将ag纳米颗粒均匀的分散在纳米纤维膜基底上，同时减少团聚现象，避免了因ag纳米颗粒分散不均或者团聚而降低介电层的电学性能和力学性能，操作过程简单高效，适合工业化生产。在一定范围内，加入的ag颗粒质量越大，制备得到的复合介电层负介电常数越高，制得的高灵敏负介电柔性传感器电极的灵敏度越高。

18、三、本申请中负介电柔性传感器介电层颠覆性设计改善了传统无机固体器件的刚性物理形态，满足超柔、空间适应性等综合需求。本申请中负介电柔性介电层优异的力学性能和电学性能极大的拓展了传感器的应用场景。通过优化上述特性可实现对人体各部位变化的精准测量，如声带和脉搏微小震动，手指、手臂及大腿等部位的较大弯曲应变响应等。这些特性使柔性可穿戴应变传感器在人体健康监测、航空航天技术及国防军事等领域具有重要作用。

19、四、本申请中采用高时长行星搅拌处理的液态金属和导电银浆，其具有低界面阻抗、高柔韧性及与基底有良好的界面结合力并且不发生化学反应等优异特点，其极低的基底渗透率和孔隙率，极大的提高了负介电层电力性能的稳定。

技术特征：

1.一种超稳的高灵敏负介电柔性传感器介电层制备的方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

2.根据权利要求1所述的超稳的高灵敏负介电柔性传感器介电层制备的方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的超稳的高灵敏负介电柔性传感器介电层制备的方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的超稳的高灵敏负介电柔性传感器介电层制备的方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的超稳的高灵敏负介电柔性传感器介电层制备的方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的超稳的高灵敏负介电柔性传感器介电层制备的方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的超稳的高灵敏负介电柔性传感器介电层制备的方法，其特征在于：

技术总结
本申请涉及柔性电子技术领域，具体公开了一种超稳的高灵敏负介电柔性传感器介电层制备的方法，首先配制基底材料溶液。然后通过纺丝工艺制备纳米纤维多孔膜，最后将制备的纳米纤维多孔膜到的切成纳米纤维多孔膜基底，取Ag纳米颗粒放入分散液中，在冰浴的状态下预先超声分散，使Ag纳米颗粒成为微小颗粒并均匀的分散在分散液中，将切好的纳米纤维多孔膜基底放入预先分散好的分散液中冰浴超声，之后将纳米纤维多孔膜基底捞出，使用与分散液相同的物质冲洗，然后放入烘箱烘干，烘干后得到制备的具有负相对介电常数的传感器介电层。上述制备方法制得的电极，避免了因Ag纳米颗粒分散不均或者团聚而降低介电层的电学性能和力学性能。

技术研发人员：周赟磊,齐浩宇,保宏,王亚楠
受保护的技术使用者：西安电子科技大学杭州研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19