CN110132315A - 一种柔性传感器及其制备方法和可穿戴智能设备 - Google Patents

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董瑛
楚尧
刘慧梁
韩留洋
王晓浩
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Abstract

本发明公开了一种柔性传感器及其制备方法和可穿戴智能设备，该柔性传感器的制备方法通过分别对柔性基底和驻极体薄膜进行表面改性处理后再进行贴合，可使经表面改性处理后柔性基底和驻极体薄膜实现稳定的键合，以利于保证产品柔性传感器性能的稳定，提高灵敏度和准确度，且整个制备工艺简单，成本低廉，易于推广。

Description

一种柔性传感器及其制备方法和可穿戴智能设备
技术领域
本发明涉及柔性传感器技术领域，具体涉及一种柔性传感器及其制备方法和可穿戴智能设备。
背景技术
传感器是一种检测装置，能够感受被测量的信息，并能将感受的信息，按照一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。随着电子信息技术的发展，可穿戴智能设备已逐渐走进人们的生活，其中部分可实时监测人体的运动、健康等信息，极大地方便和丰富了人们的生活。柔性传感器因其具有可变形特性，灵活性较强，被广泛应用于可穿戴智能设备。而现有大多数柔性传感器中柔性基底与驻极体层的贴合不够紧密，使产品柔性传感器性能不够稳定，灵敏度不够，甚至有些柔性传感器的贴合结构在使用过程中(尤其剧烈运动环境下)容易遭到破坏，导致传感器功能失效。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种柔性传感器及其制备方法和可穿戴智能设备。
本发明所采用的技术方案是：一种柔性传感器的制备方法，包括如下步骤：
S1、取或制备柔性基底和驻极体薄膜；
S2、对所述柔性基底和所述驻极体薄膜进行表面改性处理，包括：对所述柔性基底的两表面和所述驻极体薄膜的至少一表面进行等离子体处理；再对柔性基底进行硅烷偶联剂浸泡处理，或者，对驻极体薄膜上至少经等离子体处理的表面进行硅烷偶联剂浸泡处理；
S3、在所述柔性基底的两表面分别贴合设置所述驻极体薄膜，所述驻极体薄膜上经表面改性处理的表面与所述柔性基底的表面键合。
优选地，步骤S2中，所述等离子体处理为真空氧等离子体处理。
优选地，所述真空氧等离子体处理的功率为100～200W。
优选地，步骤S2中，所述硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷中的至少一种。
优选地，步骤S1中，所述柔性基底为柔性高分子薄膜。
进一步优选地，所述柔性高分子薄膜的材料选自硅橡胶或Ecoflex。
优选地，步骤S3具体包括：在所述柔性基底的两表面分别贴合设置所述驻极体薄膜，且所述驻极体薄膜上经表面改性处理的表面与所述柔性基底贴合，形成夹层结构，而后向所述夹层结构均匀施压同时在40～60℃条件下保持20～30h。
本发明还提供了一种柔性传感器，其由以上任一种柔性传感器的制备方法制得，包括由下至上依次设置的第一驻极体层、柔性基底和第二驻极体层。
另外，本发明还提供了一种可穿戴智能设备，包括以上所述的柔性传感器。
本发明的有益技术效果是：本发明提供一种柔性传感器及其制备方法和可穿戴智能设备，该柔性传感器的制备方法通过分别对柔性基底和驻极体薄膜进行表面改性处理后再进行贴合，具体先对柔性基底的两表面和驻极体薄膜上的至少一表面进行等离子体处理以形成羟基，再对柔性基底进行硅烷偶联剂浸泡处理，或者对驻极体薄膜上至少经等离子体处理的表面进行硅烷偶联剂浸泡处理，再将经处理后的驻极体薄膜表面与柔性基底表面贴合，以使经表面改性处理后柔性高分子薄膜和驻极体薄膜实现稳定的键合，以利于保证产品柔性传感器结构和性能的稳定，提高灵敏度和准确度，且整个制备工艺简单，成本低廉，易于推广，所制得柔性传感器可用于可穿戴智能设备的制备。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。
图1是本发明实施例1所制得柔性传感器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种柔性传感器的制备方法，包括以下步骤：取洁净的硅橡胶薄膜和两片驻极体薄膜；对硅橡胶薄膜的两表面进行真空氧等离子体(等离子体功率为100～200W)处理以形成羟基，再将处理后的硅橡胶薄膜浸泡到质量分数为10％的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)溶液中约24h，在此过程中，羟基与APTES结合，使得硅橡胶薄膜的两面被APTES官能团充分修饰；分别对两驻极体薄膜的一表面进行真空氧等离子体处理，等离子体功率为100～200W；然后将处理后的驻极体薄膜和硅橡胶薄膜按照“驻极体薄膜-硅橡胶薄膜-驻极体薄膜”的顺序叠置，且驻极体薄膜上经真空氧等离子体处理的表面与硅橡胶薄膜的表面贴合，形成“三明治”式夹层结构；而后将夹层结构放置在均匀压力和40～60℃的温度下保持24h，驻极体薄膜与硅橡胶薄膜之间通过形成羟基/APTES/羟基化学键实现最终稳定的键合；再分别在两驻极体薄膜上背离硅橡胶薄膜的表面设置导电电极层，并引出导线。
请参阅图1，图1是通过以上方法制得的柔性传感器的结构示意图。如图1所示，该柔性传感器包括由下至上依次设置的第一电极层11、第一驻极体层12、柔性基底13、第二驻极体层14和第二电极层15。第一驻极体层12、柔性基底13、第二驻极体层14均经过表面改性处理，第一驻极体层12、第二驻极体层14均与柔性基底13通过形成羟基/APTES/羟基化学键实现最终稳定的键合，所制得产品柔性传感器性能稳定，灵敏度和准确度高。
实施例2
一种柔性传感器的制备方法，包括以下步骤：取洁净的玻璃片作为基底，在玻璃片的一面旋涂或粘贴一层驻极体薄膜，利用其低表面的性质，方便后续制作工艺中将柔性基底层从玻璃片基底上剥离。将Ecoflex预聚物(Smooth-on，Ecoflex 00-35)和与之搭配使用的固化剂混合，而后通过旋涂工艺将其涂覆于玻璃片基底上的驻极体薄膜上，具体以400rpm的转速旋涂1min，在50℃下保持5min左右固化形成厚度约150μm的Ecoflex薄膜，而后将Ecoflex薄膜从驻极体薄膜上剥离；对Ecoflex薄膜的两表面进行真空氧等离子体(等离子体功率为100～200W)处理以形成羟基，再将处理后的Ecoflex薄膜浸泡到质量分数为10％的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)溶液中约24h，在此过程中，羟基与APTES结合，使得Ecoflex薄膜的两面被APTES官能团充分修饰。取两驻极体薄膜，分别对两驻极体薄膜的一表面进行真空氧等离子体处理，等离子体功率为100～200W；然后将处理后的驻极体薄膜和Ecoflex薄膜按照“驻极体薄膜-Ecoflex薄膜-驻极体薄膜”的顺序叠置，且驻极体薄膜上经真空氧等离子体处理的表面与Ecoflex薄膜的表面贴合，形成“三明治”式夹层结构；而后将夹层结构放置在均匀压力和40～60℃的温度下保持24h，驻极体薄膜与Ecoflex薄膜之间通过形成羟基/APTES/羟基化学键实现最终稳定的键合；再分别在两驻极体薄膜上背离Ecoflex薄膜的表面设置导电电极层，并引出导线。所制得柔性传感器的结构与实施例1所制得柔性传感器的结构相似。
实施例3
一种柔性传感器的制备方法，包括以下步骤：取洁净的硅橡胶薄膜和两片驻极体薄膜；对硅橡胶薄膜的两表面进行真空氧等离子体(等离子体功率为100～200W)处理以形成羟基；而后分别对两驻极体薄膜的一表面进行真空氧等离子体处理，等离子体功率为100～200W；然后将处理后的驻极体薄膜和硅橡胶薄膜按照“驻极体薄膜-硅橡胶薄膜-驻极体薄膜”的顺序叠置，且驻极体薄膜上经真空氧等离子体处理的表面与硅橡胶薄膜的表面贴合，形成“三明治”式夹层结构；而后将夹层结构放置在均匀压力和40～60℃的温度下保持24h，驻极体薄膜与硅橡胶薄膜之间实现最终稳定的键合；再分别在两驻极体薄膜上背离硅橡胶薄膜的表面设置导电电极层，并引出导线。所制得柔性传感器的结构与实施例1所制得柔性传感器的结构相似。
实施例4
一种柔性传感器的制备方法，包括以下步骤：取洁净的硅橡胶薄膜和两片驻极体薄膜；硅橡胶薄膜浸泡到质量分数为10％的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)溶液中约24h；而后分别对两驻极体薄膜的一表面进行真空氧等离子体处理，等离子体功率为100～200W；然后将处理后的驻极体薄膜和硅橡胶薄膜按照“驻极体薄膜-硅橡胶薄膜-驻极体薄膜”的顺序叠置，且驻极体薄膜上经真空氧等离子体处理的表面与硅橡胶薄膜的表面贴合，形成“三明治”式夹层结构；而后将夹层结构放置在均匀压力和40～60℃的温度下保持24h，驻极体薄膜与硅橡胶薄膜之间实现最终稳定的键合；再分别在两驻极体薄膜上背离硅橡胶薄膜的表面设置导电电极层，并引出导线。所制得柔性传感器的结构与实施例1所制得柔性传感器的结构相似。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所述权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种柔性传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、分别取或制备柔性基底和驻极体薄膜；
S2、对所述柔性基底和所述驻极体薄膜进行表面改性处理，包括：对所述柔性基底的两表面和所述驻极体薄膜的至少一表面进行等离子体处理；再对柔性基底进行硅烷偶联剂浸泡处理，或者，对驻极体薄膜上至少经等离子体处理的表面进行硅烷偶联剂浸泡处理；
S3、在所述柔性基底的两表面分别贴合设置所述驻极体薄膜，所述驻极体薄膜上经表面改性处理的表面与所述柔性基底的表面键合。
2.根据权利要求1所述的柔性传感器的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述等离子体处理为真空氧等离子体处理。
3.根据权利要求2所述的柔性传感器的制备方法，其特征在于，所述真空氧等离子体处理的功率为100～200W。
4.根据权利要求1所述的柔性传感器的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的柔性传感器的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述柔性基底为柔性高分子薄膜。
6.根据权利要求5所述的柔性传感器的制备方法，其特征在于，所述柔性高分子薄膜的材料选自硅橡胶或Ecoflex。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的柔性传感器的制备方法，其特征在于，步骤S3具体包括：在所述柔性基底的两表面分别贴合设置所述驻极体薄膜，且所述驻极体薄膜上经表面改性处理的表面与所述柔性基底贴合，形成夹层结构，而后向所述夹层结构的表面均匀施压同时在40～60℃条件下保持20～30h。
8.一种柔性传感器，其特征在于，所述柔性传感器由权利要求1-7中任一项所述的柔性传感器的制备方法制得，包括由下至上依次设置的第一驻极体层、柔性基底和第二驻极体层。
9.一种可穿戴智能设备，其特征在于，包括权利要求8所述的柔性传感器。
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