具有粘附增强性能的共形传感薄膜、其制备方法及应用与流程

本发明涉及一种传感薄膜，尤其涉及一种具有粘附增强性能的共形传感薄膜及其制备方法，以及在柔性传感器中的应用，属于传感器。

背景技术：

1、柔性传感器件由于其灵活性和可穿戴性而受到广泛关注，现如今已逐渐应用于医疗监测、人机交互、人工智能等领域。尤其是能够持久共形地附着在被检测物表面上的柔性传感器，它能够实现对微小信号的检测和长时间的舒适佩戴而不脱落。但是，目前在制备耐久性共形、粘附可穿戴柔性传感器上面仍面临着诸多挑战。因此开发一种高效的方法，使得柔性传感器能够自适应地粘附到被检测物表面尤其是拓扑基底表面并展现出高共形性对于传感器的发展具有重大的意义。

2、柔性传感器一般由具备导电功能的导电层和与被检测物表面接触的可拉伸的弹性层组成。在传统的策略中，研究人员往往通过调节弹性层的柔顺性提高传感器对基底的共形贴附。cn 110455445a公开了一种柔性应力传感器及其制备方法，引入柔顺性的聚二甲基硅氧烷(pdms)作为弹性层，所制备的传感器耐用性好、灵敏度高。z.g.wu等人将少量的胺基聚合物聚乙氧基聚乙烯亚胺(peie)溶液加入到pdms弹性体前驱体和交联剂的混合物中，通过降低pdms交联程度来提高弹性体的柔顺性以实现与基底共形地贴附(adv.mater.,2016,28，5830-5836)。y.s.kim等人使用低模数和高弹性的脂肪族芳香族无规共聚酯作弹性体，如ecoflex00-30，提高传感器对基底的适应性(adv.sci.,2019,6,1900939)。然而，完全固化成型的弹性体薄膜表面平整，无法与皮肤等含有纵向微槽的基底实现大面积共形，进而影响薄膜对于微小形变的传感敏感性，而且在长期使用期间，由于基底上一定伸缩张力的存在，薄膜可能会存在脱附的危险。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种具有粘附增强性能的共形传感薄膜及其制备方法，以克服现有技术的不足。

2、本发明的另一目的还在于提供所述具有粘附增强性能的共形传感薄膜的应用。

3、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

4、本发明实施例提供了一种具有粘附增强性能的共形传感薄膜的制备方法，其包括：

5、提供包含弹性体前驱体和有机溶剂的混合溶液；

6、将所述混合溶液涂覆于导电层上，并进行预固化，使弹性体前驱体分子链在导电层上部分交联，之后共同转移到基底上，得到预固化的弹性体/导电层复合薄膜；

7、对置于基底上的所述预固化的弹性体/导电层复合薄膜进行二次固化，使其在基底表面共形贴附，制得具有粘附增强性能的共形传感薄膜。

8、本发明实施例还提供了由前述制备方法制得的具有粘附增强性能的共形传感薄膜。

9、进一步地，所述具有粘附增强性能的共形传感薄膜的厚度为10～100μm，共形程度不低于98％，粘附能力增强4～10倍。

10、本发明实施例还提供了前述的具有粘附增强性能的共形传感薄膜于制备柔性传感器中的应用。

11、相应的，本发明实施例了一种柔性传感器，其包括前述的具有粘附增强性能的共形传感薄膜。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

13、1)本发明提供了通过分步固化手段实现具有粘附增强性能的共形传感薄膜的制备方法，由于预固化薄膜优异的形状适应性能增加在基底表面上的润湿作用，二次固化过程中形成强分子间作用力，所得的具有粘附增强性能的共形传感薄膜可以与任意基底实现良好的粘附和共形，共形程度不低于98％，粘附能力增强4～10倍；

14、2)本发明提供的通过预固化手段实现具有粘附增强性能的共形传感薄膜的制备方法具有普适性，能够适用于所有含弹性层的传感薄膜的共形和粘附性能的增强；

15、3)本发明制备的具有粘附增强性能的共形传感薄膜可以用于柔性传感器，能够与任意基底实现良好的粘附和共形，在经历不低于1000次弯曲测试后，其信号稳定程度不低于95％，解决了目前的柔性传感器在检测小变形和长期使用稳定性上的不足。

技术特征：

1.一种具有粘附增强性能的共形传感薄膜的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述弹性体前驱体包括脂肪族芳香族无规共聚酯和/或聚二甲基硅氧烷；和/或，所述有机溶剂包括正庚烷、正己烷、甲苯、丙酮中的任意一种或两种以上的组合；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述导电层的材质包括碳纳米管、石墨烯、富勒烯、金属粒子、金属纳米线、金属薄膜中的任意一种；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述基底包括刚性基底、柔性基底中的任意一种，其中，所述刚性基底包括玻璃片、硅片中的任意一种，所述柔性基底包括具有任意形貌的有机基底，优选包括人体或动物皮肤表面。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述涂覆的方法包括滴涂、喷涂中的任意一种，优选的，所述涂覆的速度为5～60ml/min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述预固化的温度为10～30℃，时间为0.5～3h；和/或，所述二次固化的温度为10～100℃，时间为2～10h。

7.由权利要求1-6中任一项所述制备方法制得的具有粘附增强性能的共形传感薄膜。

8.根据权利要求7所述的具有粘附增强性能的共形传感薄膜，其特征在于：所述具有粘附增强性能的共形传感薄膜的厚度为10～100μm，共形程度不低于98％，粘附能力增强4～10倍。

9.权利要求7-8中任一项所述的具有粘附增强性能的共形传感薄膜于制备柔性传感器中的应用。

10.一种柔性传感器，其特征在于，包括权利要求7-8中任一项所述的具有粘附增强性能的共形传感薄膜，优选的，在经历不低于1000次弯曲测试后，所述柔性传感器的信号稳定程度不低于95％。

技术总结
本发明公开了一种具有粘附增强性能的共形传感薄膜、其制备方法及应用。所述制备方法包括：将包含弹性体前驱体和有机溶剂的混合溶液涂覆于导电层上，并进行预固化，使弹性体前驱体分子链在导电层上部分交联，之后共同转移到基底上，得到预固化的弹性体/导电层复合薄膜；之后对其进行二次固化，使其在基底表面共形贴附，制得具有粘附增强性能的共形传感薄膜。本发明制得的共形传感薄膜的共形程度不低于98％，粘附能力增强4～10倍，将其用于柔性传感器，能够与任意基底实现良好的粘附和共形，在经历不低于1000次弯曲测试后，其信号稳定程度不低于95％，解决了目前的柔性传感器在感知小形变和长期使用稳定性上的不足。

技术研发人员：陈涛,王雪钰,肖鹏,谷金翠
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24