基于两级微结构碳电极的离电式柔性压力传感器及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116026498A(43)申请公布日2023.04.28(21)申请号202310063334.2(22)申请日2023.01.19(71)申请人湘潭大学地址411105湖南省湘潭市雨湖区羊牯塘街道湘潭大学(72)发明人舒健向欣悦杨宇正罗一鸣(74)专利代理机构南京行高知识产权代理有限公司32404专利代理师王培松(51)Int.Cl.G01L1/14(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图6页(54)发明名称基于两级微结构碳电极的离电式柔性压力传感器及其制备方法(57)摘要本发明提供一种基于两级微结构碳电极的离电式柔性压力传感器，包括第一电极层，第二电极层和位于两者之间的离子液体复合凝胶薄膜介质层；第一电极层包括第一柔性衬底，以及第一柔性衬底上的第一碳电极，第一碳电极面向介质层；第二电极层包括第二柔性衬底，以及第二柔性衬底上的第二碳电极，第二碳电极面向介质层；第一碳电极和第二碳电极的表面均具有两级微结构，包括由中间凸起和两侧凹陷的阵列构成的一级微结构，以及具有三维海绵状无序多孔构成的二级微结构。本发明利用离子液体复合凝胶薄膜作为介质层，结合碳电极的跨尺度分级微结构设计，全面提升柔性压力传感器在较宽压力范围内的响应灵敏度，检测的稳定性和可靠性等多项性能指标。CN116026498ACN116026498A权利要求书1/2页1.一种基于两级微结构碳电极的离电式柔性压力传感器，其特征在于，包括第一电极层，第二电极层和位于两者之间的介质层；其中，所述第一电极层包括第一柔性衬底，以及第一柔性衬底上的第一碳电极，所述第一碳电极面向介质层；所述第二电极层包括第二柔性衬底，以及第二柔性衬底上的第二碳电极，所述第二碳电极面向介质层；第一碳电极和第二碳电极的表面均具有两级微结构，包括由中间凸起和两侧凹陷的阵列构成的一级微结构，以及具有三维海绵状无序多孔构成的二级微结构；所述介质层为离子液体复合凝胶薄膜介质层。2.根据权利要求1所述的基于两级微结构碳电极的离电式柔性压力传感器，其特征在于，所述两级微结构具有不同微米尺度。3.根据权利要求1所述的基于两级微结构碳电极的离电式柔性压力传感器，其特征在于，相邻两个凹陷间距介于20‑40μm，凹陷宽度介于40‑80μm，凸起与凹陷的高度差介于5‑20μm。4.根据权利要求1所述的基于两级微结构碳电极的离电式柔性压力传感器，其特征在于，孔洞的尺寸为0.4‑1μm。5.根据权利要求1所述的基于两级微结构碳电极的离电式柔性压力传感器，其特征在于，所述离子液体复合凝胶薄膜介质层中，离子液体含有1‑乙基‑3‑甲基咪唑二氰胺盐([EMIm][DCA])和1‑乙基‑3‑甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EMIM][TFSI])中一种或两种，凝胶包括聚偏氟乙烯共聚物P(VDF‑HFP)和聚乙二醇(乙二醇)二丙烯酸酯(PEGDA)中一种或两种。6.根据权利要求1所述的基于两级微结构碳电极的离电式柔性压力传感器，其特征在于，所述第一柔性衬底包括聚醚砜(PES)和聚酰亚胺(PI)中的任意一种，所述第二柔性衬底包括聚醚砜(PES)和聚酰亚胺(PI)中的任意一种。7.根据权利要求1‑6中任意一项所述的基于两级微结构碳电极的离电式柔性压力传感器，其特征在于，所述第一碳电极和第二碳电极的厚度均为10‑70μm。8.根据权利要求1‑6中任意一项基于两级微结构碳电极的离电式柔性压力传感器，其特征在于，所述离子液体复合凝胶薄膜介质层的厚度为60‑250μm。9.根据权利要求1‑6中任意一项基于两级微结构碳电极的离电式柔性压力传感器，其特征在于，离电式柔性压力传感器采用柔性封装层进行封装，所述柔性封装层包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(PU)、Ecoflex和聚酰亚胺胶带中的任意一种。10.一种权利要求1‑9中任意一项所述的基于两级微结构碳电极的离电式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在空气氛围中通过激光直写碳化洁净的第一柔性衬底和第二柔性衬底制备具有两级微结构的第一碳电极和第二碳电极；将离子液体加入到凝胶预聚体中混合，旋涂并固化，得到所述离子液体复合凝胶薄膜介质层；将离子液体复合凝胶薄膜介质层的一面贴附到第一碳电极区域，随后将第二碳电极贴附在离子液体复合凝胶薄膜介质层的另一面，使第一碳电极和第二碳电极面对面，且离子2CN116026498A权利要求书2/2页液体复合凝胶薄膜介质层位于第一碳电极和第二碳电极之间，得到三层结构；采用柔性封装层将三层结构覆盖封装，得到所述离电式柔性压力传感器。11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，采用CO2激光切割系统对第一柔性衬底和第二柔性衬底进行刻蚀，得到第一碳电极和第二碳电极；其中，激光参数条件如下：激光