基于印刷方式的压力传感器的研究

摘要

智能化生活的发展、物联网的壮大，智能家居和可穿戴设备等一系列新型生活方式的崛起已经成为不争的事实。人们对于柔性化电子产品的需求与日俱增，其中对于柔性压力传感器的研究也在不断深入，但总体上仍存在不足之处。本实验借鉴平版印刷中印版制作工艺，制备了微纳结构的压力传感器。实验通过简单的工艺、低廉的成本，得到一种工艺可控且操作简单的微纳结构，该方法补充了微纳传感器关于微纳结构构建的工艺研究空白，对其实现大面积、工业化柔性压力传感器的制造具有重要的研究及一定的应用价值。 本实验主要通过改变两个导电层的接触面积实现电阻的变化，从而实现器件的检测。整个过程主要是对微纳层、导电层的构建以及最终器件的性能检测。微纳层通过具有图案化的菲林片与聚丙烯腈（PAN）薄膜进行曝光、显影处理，在薄膜上得到具有微纳结构的固化感光胶，而未受到保护的区域用能溶解薄膜的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)进行半熔通腐蚀，再对薄膜进行超声处理，清除固化的感光胶，从而得到具有凹凸结构的薄膜。导电层则通过液相法以缓慢滴加的方式在去离子水表面形成多壁碳纳米管(MWCNTs)层，再通过提拉方式附着在PAN薄膜上。并通过外部保护层及外接的铜箔，得到保护层/铜箔/PAN/MWCNTs层，并通过相同的复合层两两相对进行器件组装。 微纳层构建主要探究的是最佳微纳层形成条件及对不同微纳形状和不同微纳单元间距的微纳结构观察及表征。当干燥时间大于150s，曝光时间为90s-120s，显影时间为70s能形成形貌完整的固化感光胶，压缩实验中得出，在相同微纳间距情况下，线形压缩量最小，菱形最大，在不同微纳间距情况下，随着微纳间距的增加，其压缩量增加。 导电层则主要是探究最佳的MWCNTs初始浓度、处理方式、附着层数及附着后器件的透明性。实验得出0.4mg/ml的初始浓度，2000r/min的离心速度，现配现用的最佳实验条件，对于导电层不同的附着层数，方阻随着附着层数的增加而降低，同时透射率也随着附着层数的增加而降低。 对于最终器件的测量得出，当微纳形状为菱形，微纳单元间距为90μm时具有最佳灵敏度，其低压强区灵敏度为0.458kPa-1，高压强区则为0.033kPa-1，其响应时间为0.032s，而对于最终成型的器件其透射率则为60％左右。

目录

声明

摘要

1前言

1．1研究背景

1．1．1 印刷电子研究进展

1．1．2微纳构建技术概述

1．2微纳压力传感器研究现状

1．2．1微纳电容式压力传感器

1．2．2微纳电阻式压力传感器

1．3论文研究内容及意义

1．3．1柔性微纳传感器存在的问题

1．3．2课题研究的意义

1．3．3课题研究的内容

2材料与方法

2．1实验材料

2．2实验仪器

2．3实验方法

2．3．1微纳层的制备

2．3．2导电层的制备

2．3．3微纳传感器封装及检测

3结果与讨论

3．1微纳层制备影响条件研究

3．1．1不同质量分数PAN溶液对成膜影响

3．1．2微纳结构制备条件对形貌的影响

3．1．3微纳间距及形貌对压缩量的影响

3．1．4小结

3．2．1分散条件对多壁碳纳米管浓度的影响

3．2．2电晕处理对导电层附着力的影响

3．2．3不同附着层数对导电层方阻的影响

3．2．4不同附着层数对导电层透明性的影响

3．2．5小结

3．3微纳传感器的性能检测

3．3．1器件灵敏度的性能分析

3．3．2器件稳定性的性能分析

3．3．3器件弯曲性的性能分析

3．3．4器件响应时间的性能分析

3．3．5小结

4结论

4．1结论

4．2创新点

4．3工作展望

参考文献

6论文发表情况

致谢