聚酰亞胺金屬圖形化的柔性E+E壓力傳感器研究
近幾年柔性電子器件快速發展,在顯示屏,機器人技術和醫學治療等領域得到了廣泛的應用。聚合物是柔性器件的重要組成部分,不僅提供柔性支撐,更是一種功能性材料,可以產生、轉移并處理機械、電等信號。以聚酰亞胺薄膜(PI)為基礎材料,研究了通過離子交換在其表面實現金屬圖形化的工藝,并基于該工藝,在柔性PI上制作了壓力三種傳感器,測試傳感器的性能。

聚酰亞胺金屬圖形化的柔性E+E壓力傳感器研究
研究工作如下：基于全濕化學工藝(all-wet chemical),離子交換實現PI表面金屬圖形化。首先,通過KOH溶液處理,聚酰亞胺薄膜表面被改性為聚酰胺酸(鉀鹽)(PAA),接著經過銀氨溶液浸泡,K +g+交換,再利用噴墨打印作為掩模層,采用雙氧水快速還原法和熱處理還原法,制備了Ag-PI復合結構,實現了金屬銀的圖案化。對Ag-PI復合結構的薄膜進行表征,發現所生成的銀為面心立方結構。銀層致密,具有良好的導電性。研究表明,采用上述兩種方法所得到的PI表面存在著差異,熱處理法會使得改性后產生的PAA環化,重新形成PI；而雙氧水快速還原法不會對改性后的PI產生影響,其表面仍然是PAA。研究了堿性溶液改性處理時間、銀氨溶液離子交換處理時間以及還原時間等對復合薄膜銀層電學性能的影響,得到了優化的工藝條件。zui后膠帶粘貼測試表明,銀與襯底之間存在*的結合力；彎曲測試表明,銀層有很好的魯棒性能,在彎曲次數超過10000次后沒有明顯的損傷。實現了基于“一步掩模法”的大面積新型柔性濕度傳感器陣列。PI及其改性產物PAA既是襯底又作為感濕材料。結合PI表面金屬圖形化工藝制作了叉指電極,實現了“一步掩模法”制造基于P1材料和PAA材料的叉指電容式濕度傳感器,研究了感濕性能。發現基于PI材料的傳感器的性能要優于PAA材料。另外,為了解決濕度傳感器響應慢的特點,利用MATLAB進行數學建模,發展了一種通過對動態輸出數據進行處理,準確快速地估算真實的濕度值的方法。“一步掩模法”制備了柔性溫度傳感器。在聚酰亞胺薄膜上設計制作兩種形狀(蛇形,螺旋形)的銀電阻型溫度傳感器。測試結果表明,溫滯小,zui大溫滯誤差1%；響應時間在幾十秒左右。兩種傳感器的zui大非線性誤差小于4.8%,相關因子大于0.998。對于采用蛇形和螺旋型結構的傳感器,靈敏度分別為0.002/℃左右。研究表明,制得的溫度傳感器性能良好,在100℃以內,靈敏度方面與常用的鉑電阻RTD相當,適用于溫度測量。研制了基于石墨/PDMS復合材料的E+E壓力傳感器。采用“一步掩模法”工藝在聚酰亞胺襯底上制作了叉指型電極,滴涂一層石墨/PDMS有機復合材料為壓阻材料,制作了E+E壓力傳感器。

聚酰亞胺金屬圖形化的柔性E+E壓力傳感器研究
測試結果表明,在曲率從0.03 mm-1變化到0.12mm-時,電阻變化范圍約為8 kΩ～12 kΩ；zui大遲滯誤差不到3%；響應、恢復時間均小于1s。在曲率小于0.10mm-1的情況下其重復性良好,誤差不超過2%。實現溫度、濕度、E+E壓力傳感器在PI襯底上的單片集成,所研究的系統有望應用于人體舒適度測量、機器人、智能皮膚等柔性電子學領域。