本發(fā)明屬于傳感器，尤其涉及一種復(fù)合柔性傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著各種可穿戴式監(jiān)測(cè)設(shè)備被廣泛應(yīng)用于智能機(jī)器人、人機(jī)交互、健康醫(yī)療等領(lǐng)域，柔性電子技術(shù)迎來(lái)了蓬勃發(fā)展的契機(jī)。其中，柔性傳感器憑借其將外界信號(hào)高效轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的能力，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)；相比之下，傳統(tǒng)剛性材料制備的傳感器，則因體積、柔韌性、生物相容性及成本等方面的限制，難以滿(mǎn)足柔性電子技術(shù)日益增長(zhǎng)的應(yīng)用需求，特別是在復(fù)雜環(huán)境實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精確、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方面顯得力不從心。近年來(lái)，導(dǎo)電聚合物、金屬納米材料、碳基材料等新型柔性導(dǎo)電材料的出現(xiàn)，為開(kāi)發(fā)高性能柔性傳感器提供了新的機(jī)遇。pedot:pss作為一種性能優(yōu)異的導(dǎo)電聚合物，因其具有導(dǎo)電性，以及出色的透光性、生物相容性和卓越的柔韌性，而被廣泛用于柔性電子器件的制備過(guò)程中。然而，現(xiàn)有的基于pedot:pss的柔性傳感器在性能和制備工藝上仍存在諸多不足，例如一些研究?jī)H關(guān)注pedot:pss本身的導(dǎo)電特性，卻忽略了其在實(shí)際應(yīng)用中靈敏度不足，脆性高，易開(kāi)裂的問(wèn)題，難以滿(mǎn)足高精度測(cè)量的需求。另一方面，銀納米線（agnws）作為一種具有極佳導(dǎo)電性的材料，也受到了廣泛關(guān)注。然而，直接使用銀納米線（agnws）作為傳感層存在一些問(wèn)題：純agnws薄膜容易氧化，在潮濕或高溫環(huán)境下，導(dǎo)電性會(huì)下降；agnws薄膜與基底的附著力可能較差，容易剝落，在彎曲時(shí)易斷裂，難以保證器件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。還原氧化石墨烯（rgo）作為一種具有高導(dǎo)電性、優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性的二維納米材料，因其獨(dú)特的電子傳輸特性和界面增強(qiáng)效應(yīng)，在柔性傳感器領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著潛力。然而，現(xiàn)有基于氧化石墨烯的傳感器仍面臨顯著挑戰(zhàn)：盡管其本征導(dǎo)電性?xún)?yōu)異，但單一rgo結(jié)構(gòu)易因?qū)娱g接觸電阻高或應(yīng)力集中導(dǎo)致導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)不均勻，尤其在動(dòng)態(tài)彎折或大應(yīng)變下靈敏度穩(wěn)定性不足。此外，rgo與柔性基底的界面結(jié)合力有限，易發(fā)生剝離，且大規(guī)模制備中難以避免的缺陷和團(tuán)聚問(wèn)題會(huì)顯著降低響應(yīng)一致性和可靠性。聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（pet）是一種常用的柔性基底材料，具有良好的機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性，且成本較低。

2、目前，柔性傳感器的制備方法主要包括噴涂法、旋涂法、絲網(wǎng)印刷法、噴墨打印法等。其中，噴涂法作為一種簡(jiǎn)便、高效的大面積薄膜制備方法，由于其設(shè)備要求低、操作便捷、參數(shù)易于調(diào)控以及對(duì)多種基材的適應(yīng)性等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)在柔性電子領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的關(guān)注。器件封裝方面，傳統(tǒng)的膠黏劑粘接方式存在諸多不足：密封性差，容易導(dǎo)致器件失效，長(zhǎng)期可靠性和穩(wěn)定性難以得到保證，并且可能引入雜質(zhì)污染。激光透射焊接作為一種非接觸式加工技術(shù)，具有高加工精度、熱影響區(qū)域小、快速加工和易于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，因此在柔性電子器件的封裝中顯示出巨大潛力。

3、綜上，開(kāi)發(fā)具有良好柔韌性、高精度、低成本、高可靠性的柔性傳感器，對(duì)于推動(dòng)可穿戴式電子設(shè)備的應(yīng)用和創(chuàng)新具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種復(fù)合柔性傳感器及其制備方法，通過(guò)將rgo分散液和agnws分散液添加到pedot:pss分散液中，形成復(fù)合漿料，以聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯等為基底層和保護(hù)層，創(chuàng)造性地結(jié)合了氣壓噴涂制備傳感層和激光透射焊接封裝的優(yōu)勢(shì)。在提升靈敏度、穩(wěn)定性和可靠性，簡(jiǎn)化制備工藝等方面都具有顯著的優(yōu)勢(shì)，為柔性傳感器的發(fā)展提供了一種新的解決方案。

2、本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種復(fù)合柔性傳感器的制備方法，包括以下步驟：

3、s1、將pedot:pss分散液、agnws分散液和rgo分散液攪拌均勻，得到復(fù)合漿料；所述pedot:pss分散液由pedot:pss、n,n-二甲基乙醇胺和水混合得到；所述agnws分散液由agnws、十二烷基苯磺酸鈉和水混合得到；所述rgo分散液由rgo、乙醇和水混合得到；

4、s2、通過(guò)氣壓噴涂，將s1所述的復(fù)合漿料噴涂在基底層上，經(jīng)干燥、熱退火形成傳感層；

5、s3、在s2所述的傳感層表面疊加保護(hù)層，并通過(guò)激光透射焊接技術(shù)將基底層和保護(hù)層的兩側(cè)封裝在一起，得到所述復(fù)合柔性傳感器。

6、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在s1中，所述pedot:pss分散液、agnws分散液和rgo分散液的質(zhì)量比為（73-77）:（14-16）:（9-11）。

7、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在s1中，所述pedot:pss分散液中pedot:pss的濃度為1.1wt%-1.5wt%，n,n-二甲基乙醇胺的濃度為0.15wt%-0.25wt%；

8、所述agnws分散液中agnws的濃度為0.7mg/ml-0.9mg/ml，十二烷基苯磺酸鈉的濃度為0.08wt%-0.12wt%；

9、所述rgo分散液中rgo的濃度為0.9mg/ml-1.1mg/ml，乙醇和水的體積比為（1-3）:1。

10、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在s2中，所述氣壓噴涂的工藝參數(shù)為：壓縮空氣壓強(qiáng)為20psi-30psi，液體流量為0.3ml/min-0.5ml/min，噴嘴直徑為0.3mm-0.5mm，噴涂距離為15cm-20cm，基底層的溫度為50℃-60℃。

11、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在s2中，所述熱退火的溫度為75℃-85℃，時(shí)間為28min-32min。

12、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在s2中，所述基底層選自聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（pet）、聚酰亞胺（pi）或聚二甲基硅氧烷（pdms）；所述基底層的厚度為75μm-125μm。

13、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在s2中，所述傳感層的厚度為5μm-10μm。

14、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在s3之前，還包括引出電極的步驟，具體包括以下步驟：采用直徑為0.1mm的鍍金銅線作為引線，通過(guò)固含量為60%的納米銀膠將引線粘接在基底層上，隨后使用熱壓機(jī)在130℃溫度、0.5mpa壓力下熱壓15s使銀膠固化，形成電極。

15、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在s3中，所述激光透射焊接技術(shù)的工藝參數(shù)為：波長(zhǎng)為800nm-1000nm，功率密度為65w/cm2-75w/cm2，掃描速度為11mm/s-13mm/s，光斑直徑為0.09mm-0.11mm。

16、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在s3中，所述保護(hù)層選自聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（pet）、聚酰亞胺（pi）或聚二甲基硅氧烷（pdms）；所述保護(hù)層的厚度為50μm-200μm。

17、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在s3中，選擇僅焊接兩側(cè)而非四側(cè)，主要是考慮到工藝復(fù)雜性和生產(chǎn)成本。若焊接四邊，工藝將更加復(fù)雜，成本也會(huì)相應(yīng)增加。而僅焊接兩側(cè)，既能實(shí)現(xiàn)有效的密封保護(hù)，又可簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率。這種設(shè)計(jì)不僅確保了傳感器的穩(wěn)定性和可靠性，還顯著降低了生產(chǎn)成本和復(fù)雜性，體現(xiàn)了以最簡(jiǎn)方式實(shí)現(xiàn)最佳保護(hù)效果的設(shè)計(jì)理念。另外，由于基底層和保護(hù)層的材料具有較好的柔韌性，因此在兩側(cè)焊接后，中間部分仍可保持一定的形變空間，避免因?yàn)橥耆芊舛鴮?dǎo)致的易破裂問(wèn)題。

18、本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種所述的方法制備的復(fù)合柔性傳感器。

19、本發(fā)明的技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

20、（1）本發(fā)明所述的復(fù)合柔性傳感器充分發(fā)揮了pedot:pss、agnws與rgo的協(xié)同效應(yīng)：pedot:pss作為導(dǎo)電基質(zhì)填充agnws間隙，降低接觸電阻并提升界面附著力；agnws構(gòu)建高導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)動(dòng)態(tài)橋接石墨烯晶界，在機(jī)械應(yīng)力下形成可逆導(dǎo)電通路，顯著提升靈敏度與響應(yīng)速度；rgo通過(guò)動(dòng)態(tài)橋接效應(yīng)增強(qiáng)agnws的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，另外rgo具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性，同時(shí)與pedot:pss協(xié)同提高溫度靈敏度。此外，rgo的化學(xué)穩(wěn)定性與agnws、pedot:pss相結(jié)合，有效抵御濕度和氧化環(huán)境影響。

21、（2）本發(fā)明所述的復(fù)合柔性傳感器具有高靈敏度、良好的柔韌性和穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于溫度、壓力、濕度、形變等多種物理量的檢測(cè)，在可穿戴設(shè)備、醫(yī)療健康監(jiān)測(cè)、機(jī)器人技術(shù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

22、（3）本發(fā)明所述的制備方法氣壓噴涂制備傳感層，方法簡(jiǎn)便、高效，且可在室溫或較低溫度下進(jìn)行，避免了高溫對(duì)器件性能的影響，并降低了能耗和成本。采用激光透射焊接技術(shù)將基底層和保護(hù)層的兩側(cè)封裝在一起，提供了更高的封裝精度和可靠性；能夠有效保護(hù)中間的傳感層，避免其受到外部環(huán)境（如水分、灰塵、機(jī)械損傷等）的影響，從而保證復(fù)合柔性傳感器的穩(wěn)定性和可靠性；并且在保證密封性的同時(shí)，簡(jiǎn)化了工藝，降低了成本。