CN105067160B - 基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器 - Google Patents
基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105067160B CN105067160B CN201510439412.XA CN201510439412A CN105067160B CN 105067160 B CN105067160 B CN 105067160B CN 201510439412 A CN201510439412 A CN 201510439412A CN 105067160 B CN105067160 B CN 105067160B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene oxide
- graphene
- pressure sensor
- sponge
- oxide sponge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器及其制备方法，其包括柔性基底、石墨烯电极、氧化石墨烯海绵介电层，所述石墨烯电极通过喷涂的方式沉积在所述柔性基底的外侧面，通过掩膜形成长条状电极阵列；所述柔性基底为两片，所述氧化石墨烯海绵介电层设置在两片柔性基底的内侧面之间。本发明的基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器具有可弯曲，灵敏度高，响应时间快，空间分辨能力高，稳定性好的优点。
Description
技术领域
本发明属于柔性电子器件领域，尤其涉及一种基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器及其制备方法。
背景技术
近年来，微电子领域的发展开始在柔性电子领域聚焦，众多柔性电子器件应用在无线健康监测(Mannoor,M.S.et al.Graphene-based wireless bacteria detection ontooth enamel.Nat.Commun.3:763doi: 10.1038/ncomms1767)，传感器网络(Zeng,W.etal.Fiber-based wearable electronics:A review of materials,fabrication,devices,and applications.Adv. Mater.26,5310-5336)，电子皮肤(Kim,D.H.etal.Epidermal Electronics. Science 333,838-843)，人工肌肉(Hu,W.L.,Niu,X.F.,Zhao,R.&Pei,Q.B. Elastomeric transparent capacitive sensors based on aninterpenetrating composite of silver nanowires andpolyurethane.Appl.Phys.Lett.102,083303) 等领域。在这些应用中，电子皮肤可以将许多自然皮肤能感受到的物理量，如压力，温度，湿度等转换为电信号，因此电子皮肤被普遍认为具有极大的应用潜力并引起了极大的研究热情。在电子皮肤能感知的众多参数中，压力是极其重要的一个物理量。而基于电容式的压力传感器，因为其制造简单，功耗低，成为了实现压力传感的一个重要设计方向。而电容式传感器中的介电层是实现传感性能的关键部位。氧化石墨烯由于其极高的介电系数(104,0.1～70Hz，Liu,J.Galpaya,D.Notarianni,M.Yan,C.&Motta,N. Graphene-based thin film supercapacitor with graphene oxideas dielectric spacer.Appl.Phys.Lett.103,063108)，而泡沫状的氧化石墨烯海绵有比较低的杨氏模量，这便使得基于氧化石墨烯海绵的传感器，即便实在比较小的外界压力下，也会有比较可观电容的相应。基于这些特性使得氧化石墨烯海绵能够成为一种柔性电容式传感器的介电层。因此基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器，便可以拥有优良的传感性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器，该柔性压力传感器可弯曲，灵敏度高，响应时间快，空间分辨能力高，稳定性高。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器，包括柔性基底、石墨烯电极、氧化石墨烯海绵介电层，所述石墨烯电极通过喷涂的方式沉积在所述柔性基底的外侧面，通过掩膜形成长条状电极阵列；所述柔性基底为两片，所述氧化石墨烯海绵介电层设置在两片柔性基底的内侧面之间。
优选的，所述柔性基底的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚对二甲苯的其中之一。
优选的，所述石墨烯电极的厚度为10～60μm。
优选的，所述石墨烯电极的宽度为6～10mm。
优选的，相邻两个所述石墨烯电极的间距为6～10mm。
本发明的另一个目的是提供一种上述基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器的制备方法，其技术方案如下：
一种基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器的制备方法，包括如下步骤：
S1、配置氧化石墨烯乙醇分散液；
S2、将所述氧化石墨烯乙醇分散液喷涂在有条状电极掩膜版的柔性基底上制成条状氧化石墨烯电极；
S3、将步骤S2所制备的氧化石墨烯电极用碘化氢水溶液进行还原；
S4、配置氧化石墨烯水溶液，并用滴涂的方式将氧化石墨烯水溶液覆盖在柔性石墨烯电极上，冷冻，随后进行冷冻干燥，制得氧化石墨烯海绵介电层；
S5、将制得的氧化石墨烯海绵介电层夹在两片有条状石墨烯电极的柔性基底之间，并用PDMS在四周进行封装。
优选的，步骤S1中，所述氧化石墨烯乙醇分散液的浓度为0.5mg/ml。
优选的，步骤S3中，所述碘化氢水溶液的质量分数为35％，还原时间为1～3h。
优选的，步骤S4中，所述氧化石墨烯水溶液浓度为1～10mg/ml。
优选的，步骤S4中，所述冷冻温度为-40℃～-70℃。
本发明的有益效果是：
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明所制备出的柔性压力传感器，比传统聚合物传感器有更高的灵敏度，能感受到比以前器件中更小的静态压强。本发明采用氧化石墨烯作为介电层，其介电系数高于传统聚合物材料的介电系数，在制备过程中可以通过调节作为介电层的氧化石墨烯海绵的密度，从而调节介电层的杨氏模量，使得本柔性压力传感器能感知到微小的静态压力，同时本发明所制备出的柔性压力传感器还具有响应时间快，空间分辨能力高，稳定性好的优点。
附图说明
图1是氧化石墨烯海绵柔性压力传感器的示意图。
图2是氧化石墨烯海绵介电层的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器，包括柔性基底、石墨烯电极、氧化石墨烯海绵介电层，石墨烯电极通过喷涂的方式沉积在柔性基底的外侧面，通过掩膜形成长条状电极阵列；柔性基底为两片，氧化石墨烯海绵介电层设置在两片柔性基底的内侧面之间。
柔性基底的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷 (PDMS)、聚酰亚胺(PI)、聚对二甲苯(PA)的其中之一。
石墨烯电极的厚度为10～60μm，宽度为6～10mm；相邻两个所述石墨烯电极间的间距为6～10mm。
本发明制备毫米尺度石墨烯球的方法，包括以下步骤：
首先将1g氧化石墨粉末加入到100ml去离子水中，使用功率为40w 的超声机超声分散成10mg/ml的粘稠的分散液。通过调节氧化石墨和去离子水的配比可以制得不同浓度的分散液(1mg/ml，2mg/ml，3mg/ml，4mg/ml，5mg/ml，6mg/ml，7mg/ml，8mg/ml，9mg/ml)。同时配置 0.5mg/ml的氧化石墨烯乙醇分散液；
再将所述乙醇分散液喷涂在有条状电极掩膜版的柔性基底上制成条状氧化石墨烯电极。
将上述所制备的氧化石墨烯电极用质量分数35％碘化氢水溶液进行还原，还原时间1～3h；
然后将配置好的氧化石墨烯水溶液，以滴涂的方式覆盖在柔性石墨烯电极上，在-40℃～-70℃下进行冷冻，随后进行冷冻干燥，制得氧化石墨烯海绵介电层。
最后将制得的氧化石墨烯海绵夹在两片有条状石墨烯电极柔性基底之间，并用PDMS在四周进行封装好。
下面通过实施例对本发明做进一步具体说明。
实施例1
第一步，取0.5mg/ml的氧化石墨烯乙醇分散液100ml，将这些分散液用喷枪在覆盖着条状掩膜版的PET上进行喷涂，制备出氧化石墨烯条状电极。
第二步，将上述制备的条状氧化石墨烯电极用质量分数为35％的碘化氢溶液进行还原，还原时间为1～3h，制得导电的石墨烯电极。
第三步，然后将配置好的氧化石墨烯水溶液，滴涂在柔性石墨烯电极上，在-40℃下进行冷冻，随后进行冷冻干燥，制得氧化石墨烯海绵介电层。
第四步，将制得的氧化石墨烯海绵介电层夹在两片有条状石墨烯电极的PET衬底之间，并用PDMS在四周进行封装好。
实施例2
制备方法基本同实施例1，不同之处为：采用9mg/ml的分散液，所制得的氧化石墨烯海绵的表面结构类似于图2。
实施例3
制备方法基本同实施例1，不同之处为：采用分散液的浓度为8mg/ml，所制得的氧化石墨烯海绵的表面结构类似于图2。
实施例4
制备方法基本同实施例1，不同之处为：采用分散液的浓度为7mg/ml，所制得的氧化石墨烯海绵的表面结构类似于图2。
实施例5
制备方法基本同实施例1，不同之处为：采用分散液的浓度为6mg/ml，所制得的氧化石墨烯海绵的表面结构类似于图2。
实施例6
制备方法基本同实施例1，不同之处为：采用分散液的浓度为5mg/ml，所制得的氧化石墨烯海绵的表面结构类似于图2。
实施例7
制备方法基本同实施例1，不同之处为：采用分散液的浓度为4mg/ml，所制得的氧化石墨烯海绵的表面结构类似于图2。
实施例8
制备方法基本同实施例1，不同之处为：采用分散液的浓度为3mg/ml，所制得的氧化石墨烯海绵的表面结构类似于图2。
实施例9
制备方法基本同实施例1，不同之处为：采用分散液的浓度为2mg/ml，所制得的氧化石墨烯海绵的表面结构类似于图2。
实施例10
制备方法基本同实施例1，不同之处为：采用分散液的浓度为1mg/ml，所制得的氧化石墨烯海绵的表面结构类似于图2。
实施例11
制备方法基本同实施例1，不同之处为：所用的冷冻温度为-50℃，所制得的氧化石墨烯海绵的微观表面结构类似于图2。
实施例12
制备方法基本同实施例1，不同之处为：所用的冷冻温度为-60℃，所制得的氧化石墨烯海绵的微观表面结构类似于图2。
实施例13
制备方法基本同实施例1，不同之处为：所用的冷冻温度为-70℃，所制得的氧化石墨烯海绵的微观表面结构类似于图2。
实施例14
制备方法基本同实施例1，不同之处为：使用的柔性基底为PDMS。
实施例15
制备方法基本同实施例1，不同之处为：使用的柔性基底为PI。
实施例16
制备方法基本同实施例1，不同之处为：使用的柔性基底为PA。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器，其特征在于：包括柔性基底、石墨烯电极、氧化石墨烯海绵介电层，所述石墨烯电极通过喷涂的方式沉积在所述柔性基底的外侧面，通过掩膜形成长条状电极阵列；所述柔性基底为两片，所述氧化石墨烯海绵介电层设置在两片柔性基底的内侧面之间。
2.如权利要求1所述的基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器，其特征在于：所述柔性基底的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚对二甲苯的其中之一。
3.如权利要求1所述的基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器，其特征在于：所述石墨烯电极的厚度为10～60μm。
4.如权利要求1或3所述的基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器，其特征在于：所述石墨烯电极的宽度为6～10mm。
5.如权利要求1所述的基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器，其特征在于：相邻两个所述石墨烯电极的间距为6～10mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510439412.XA CN105067160B (zh) | 2015-07-23 | 2015-07-23 | 基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510439412.XA CN105067160B (zh) | 2015-07-23 | 2015-07-23 | 基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105067160A CN105067160A (zh) | 2015-11-18 |
| CN105067160B true CN105067160B (zh) | 2017-10-03 |
Family
ID=54496584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510439412.XA Active CN105067160B (zh) | 2015-07-23 | 2015-07-23 | 基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105067160B (zh) |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105867628A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-08-17 | 浙江理工大学 | 基于柔性电子皮肤的智能家居手势控制系统及控制方法 |
| CN105865667B (zh) * | 2016-05-19 | 2018-06-01 | 北京印刷学院 | 基于微结构化介电层的电容式柔性压力传感器及其制备方法 |
| CN105890511B (zh) * | 2016-05-31 | 2019-01-29 | 常州二维碳素科技股份有限公司 | 微形变感应装置 |
| CN106092386B (zh) * | 2016-07-28 | 2019-02-22 | 国网山西省电力公司忻州供电公司 | 柔性压力传感器 |
| CN106225858A (zh) * | 2016-08-01 | 2016-12-14 | 吉林吉大地球科学与地质开发股份有限公司 | 一种基于石墨烯纳米材料作为检测电极的液体体积流量测量装置 |
| CN106430160B (zh) * | 2016-09-09 | 2018-04-17 | 浙江理工大学 | 双层还原氧化石墨烯薄膜柔性应变传感器的制备方法 |
| EP3296028A1 (en) | 2016-09-15 | 2018-03-21 | Paul Scherrer Institut | Transducer for electromagnetic and thermo-acoustic wave based on three dimensional graphene structure |
| CN106382998B (zh) * | 2016-09-30 | 2017-06-30 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种柔性石墨烯复合材料压力传感器及其制备方法 |
| CN108332888B (zh) * | 2017-01-20 | 2020-02-18 | 中国科学院物理研究所 | 一种全碳气凝胶压力传感器 |
| CN107041113B (zh) * | 2017-05-04 | 2019-02-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种利用石墨烯海绵和聚二甲基硅氧烷进行复合制备高导电高电磁屏蔽柔性复合材料的方法 |
| CN108801513B (zh) * | 2017-05-05 | 2020-10-27 | 北京赛特超润界面科技有限公司 | 一种基于纳米线束缚导电液膜的柔性应力传感器及其制备方法 |
| CN107727125B (zh) * | 2017-09-13 | 2019-06-18 | 浙江大学 | 基于薄膜体声波传感器的无线无源测试系统及测试方法 |
| CN107782475B (zh) * | 2017-10-24 | 2020-08-11 | 北京石墨烯研究院 | 电阻式压力传感器及制备方法 |
| CN108548619B (zh) * | 2018-03-30 | 2020-02-14 | 华中科技大学 | 基于碎片化结构提升压阻式传感器灵敏度的方法 |
| CN109323781A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-02-12 | 电子科技大学 | 一种制备柔性自供能集成压力传感阵列的方法 |
| CN109273367B (zh) * | 2018-09-25 | 2019-08-09 | 清华大学 | 金属薄膜导线的制造方法 |
| CN109000829B (zh) * | 2018-10-09 | 2020-03-24 | 江南大学 | 一种电容式压力分布监测材料和方法 |
| CN109520646B (zh) * | 2018-11-27 | 2021-06-15 | 安徽大学 | 基于三维多孔微结构复合介质层的高灵敏度电容式柔性触觉传感器及其制作方法 |
| CN110196125B (zh) * | 2019-04-19 | 2020-11-06 | 浙江大学 | 一种基于多孔结构的岛桥式柔性传感阵列装置 |
| CN110556472B (zh) * | 2019-08-23 | 2022-08-09 | 太原理工大学 | 一种基于pdms材料的包覆型压力传感器及其制备方法 |
| CN110501096A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-11-26 | 东莞市慕思寝室用品有限公司 | 一种压力检测系统及方法 |
| CN111230928A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-05 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 接近传感器、电子皮肤、制作方法以及接近感应方法 |
| CN111251326A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-09 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 接近传感器、电子皮肤、制作方法以及接近感应方法 |
| CN111220315B (zh) * | 2020-03-09 | 2021-09-21 | 苏州大学 | 一种零功耗压力传感器的制备方法及可穿戴电子设备 |
| CN111551290A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-08-18 | 西安理工大学 | 一种可穿戴柔性电容式压力传感器及其制备方法 |
| CN112484888A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-12 | 燕山大学 | 一种柔性电容式压力传感器及其制备方法 |
| CN113670484B (zh) * | 2021-08-18 | 2023-07-21 | 吉林大学重庆研究院 | 一种具有互补螺旋结构柔性压力传感器、制备方法及其应用 |
| CN115005804A (zh) * | 2022-06-06 | 2022-09-06 | 华东师范大学 | 一种柔性全碳基湿度传感器的呼吸监测装置 |
| CN116429301A (zh) * | 2023-03-15 | 2023-07-14 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种柔性压力传感器及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE60011445D1 (de) * | 2000-11-28 | 2004-07-15 | St Microelectronics Srl | Textilartiger kapazitiver Drucksensor und Verfahren zum Abbilden des auf Punkte einer Oberfläche eines flexiblen und biegsamen Objekts, insbesondere eines Segels, ausgeübten Drucks |
| JP4143653B2 (ja) * | 2006-05-24 | 2008-09-03 | オムロン株式会社 | アレイ型静電容量式センサ |
| JP5432207B2 (ja) * | 2011-04-19 | 2014-03-05 | 東海ゴム工業株式会社 | 静電容量型センサ装置 |
| CN102998035A (zh) * | 2012-11-21 | 2013-03-27 | 东北大学 | 基于石墨烯填充硅橡胶复合材料压容效应的敏感元件及其研制方法 |
| CN103065813B (zh) * | 2012-12-20 | 2016-03-30 | 中国科学技术大学 | 超级电容器电极的制备方法及其应用 |
-
2015
- 2015-07-23 CN CN201510439412.XA patent/CN105067160B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105067160A (zh) | 2015-11-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105067160B (zh) | 基于氧化石墨烯海绵的柔性压力传感器 | |
| Jeong et al. | Breathable nanomesh humidity sensor for real-time skin humidity monitoring | |
| Zhi et al. | Flexible Ti3C2T x MXene/PANI/bacterial cellulose aerogel for e-skins and gas sensing | |
| Qiu et al. | Rapid-response, low detection limit, and high-sensitivity capacitive flexible tactile sensor based on three-dimensional porous dielectric layer for wearable electronic skin | |
| Tang et al. | Manufacturable conducting rubber ambers and stretchable conductors from copper nanowire aerogel monoliths | |
| Wu et al. | Based triboelectric nanogenerators made of stretchable interlocking kirigami patterns | |
| Jason et al. | Resistive electronic skin | |
| Luo et al. | Transparent and flexible self-charging power film and its application in a sliding unlock system in touchpad technology | |
| CN110333012B (zh) | 一种阻变容变复合的二维应变传感器及其制备方法 | |
| CN103961073B (zh) | 压阻式电子皮肤及其制备方法 | |
| Li et al. | Dynamic and galvanic stability of stretchable supercapacitors | |
| Sun et al. | Advanced functional composite materials toward E‐skin for health monitoring and artificial intelligence | |
| CN108225625B (zh) | 柔性压力传感器及其制备方法 | |
| Zhou et al. | All-nanofiber network structure for ultrasensitive piezoresistive pressure sensors | |
| Lv et al. | Trap distribution and conductivity synergic optimization of high-performance triboelectric nanogenerators for self-powered devices | |
| Zhao et al. | Hydrophilic hyaluronic acid-induced crumpling of Nb2CTx nanosheets: Enabling fast humidity sensing based on primary battery | |
| Zhang et al. | Human‐like sensing and reflexes of graphene‐based films | |
| Yuan et al. | Synergistic resistance modulation toward ultrahighly sensitive piezoresistive pressure sensors | |
| CN105671654B (zh) | 一种离子感应式人工皮肤阵列结构及其制备方法 | |
| CN102073428B (zh) | 基于碳纳米管薄膜的电容式柔性透明触摸屏 | |
| CN102129336B (zh) | 基于碳纳米管薄膜的电容式触摸板 | |
| Liu et al. | Real-time acid rain sensor based on a triboelectric nanogenerator made of a PTFE–PDMS composite film | |
| CN104555883A (zh) | 电子皮肤及其制作方法 | |
| Gong et al. | Stretchable and tough PAANa/PEDOT: PSS/PVA conductive hydrogels for flexible strain sensors | |
| Zhong et al. | Asymmetric permittivity enhanced bilayer polycaprolactone nanofiber with superior inner interfacial polarization and charge retention for high-output and humidity-resistant triboelectric nanogenerators |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |