柔性压力-温度双传感器及其制作方法与流程

本发明涉及传感器，特别涉及一种柔性压力-温度双传感器及其制作方法。

背景技术：

1、随着可穿戴健康监测、电子皮肤、柔性机器人等领域的快速发展，市场对柔性传感器的需求已从“单一功能”向“多参数同步监测+高环境适应性”升级。现有柔性传感器存在三大核心技术缺陷：

2、（1）功能局限性：多数传感器仅能探测压力或温度单一物理量，若需多参数监测需叠加多个独立器件，导致系统体积增大、穿戴负担加重（如脉搏压力与皮肤温度监测需2个以上传感器）；

3、（2）可拉伸性与稳定性冲突：为实现拉伸性能，现有技术多采用弹性基底与导电纳米材料复合，但拉伸过程中导电网络易断裂，且长期贴合皮肤时，汗液盐分、油脂及空气中水氧会侵蚀有机半导体层，导致传感性能衰减，降幅超20%，使用寿命大打折扣，常规寿命＜3个月；

4、（3）层间兼容性差：有机半导体层与柔性弹性基底的界面结合力弱，形变后易出现分层，进一步降低灵敏度与使用寿命。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种柔性压力-温度双传感器，能实现双参数独立探测的功能，能够延长传感器的寿命，拉伸时导电网络不易断裂。

2、一种柔性压力-温度双传感器，包括柔性衬底、柔性栅电极、栅极绝缘层、有机半导体层、柔性源电极、柔性漏电极和封装层，所述柔性栅电极设置在所述柔性衬底上，所述栅极绝缘层覆盖所述柔性栅电极，所述有机半导体层设置在所述栅极绝缘层上，所述柔性源电极与所述柔性漏电极相互间隔地设置在所述有机半导体层上，所述封装层覆盖所述柔性源电极与所述柔性漏电极设置；

3、所述有机半导体层按质量分数包括45%～50%的p3ht、18%～20%的ppy、2%～3%的虾青素、6%～8%的虫胶、0.5%～0.8%的rgo和18%～22%的pdms。

4、可选地，所述柔性压力-温度双传感器包括以下至少一项：

5、所述柔性衬底包括聚酯编织层和形成在所述聚酯编织层上的柔性层，所述柔性层由pdms材料与固化剂的混合液干燥后形成；

6、所述pdms材料与所述固化剂的质量比为10∶1；

7、所述柔性衬底的厚度为500nm～1000nm。

8、可选地，所述柔性压力-温度双传感器包括以下至少一项：

9、所述柔性栅电极、所述柔性源电极和所述柔性漏电极均是由agnws乙醇分散液干燥后形成；

10、所述柔性栅电极的厚度为10nm～30nm；

11、所述柔性源电极和所述柔性漏电极的厚度均为10nm～30nm。

12、可选地，所述柔性压力-温度双传感器包括以下至少一项：

13、所述栅极绝缘层由pi材料、pdms材料和dmf溶剂的混合溶液干燥后形成；

14、所述pi材料与所述pdms材料的质量比为7∶3；

15、所述栅极绝缘层的厚度为50nm～200nm。

16、可选地，所述柔性压力-温度双传感器包括以下至少一项：

17、所述封装层由pdms材料与固化剂的混合液干燥后形成；

18、所述pdms材料与所述固化剂的质量比为10∶1；

19、所述封装层的厚度为100nm～150nm；

20、所述有机半导体层的厚度为30nm～80nm。

21、本技术还涉及一种柔性压力-温度双传感器的制作方法，所述制作方法用于制作上述的柔性压力-温度双传感器，所述制作方法包括：

22、制作所述柔性衬底；

23、在所述柔性衬底上形成柔性栅电极；

24、在所述柔性栅电极上形成所述栅极绝缘层；

25、按照质量分数准备原料：45%～50%的p3ht、18%～20%的ppy、2%～3%的虾青素、6%～8%的虫胶、0.5%～0.8%的rgo0和18%～22%的pdms，将所述原料溶于氯仿与dmf的混合溶剂中，利用超声对混合溶液进行分散处理，利用滤膜对分散后的溶液进行过滤处理，将过滤后的溶液旋涂于所述栅极绝缘层的表面，利用热板退火后形所述有机半导体层；

26、在所述有机半导体层的表面形成相互间隔排布的所述柔性源电极、所述柔性漏电极；

27、在所述柔性源电极和所述柔性漏电极上形成所述封装层。

28、可选地，制作所述柔性衬底的方法包括：

29、将pdms材料与固化剂按照10∶1的质量比混合成溶液；

30、将所述溶液搅拌至无气泡；

31、将无气泡的所述溶液设置在聚酯编织层上，通过刮涂方式在所述聚酯编织层上形成湿膜；

32、利用烘箱固化所述湿膜形成所述柔性衬底。

33、可选地，制作所述柔性栅电极的方法包括：

34、配置agnws乙醇分散液；

35、利用超声对agnws乙醇分散液进行分散处理；

36、利用掩模喷涂将分散液涂覆于所述柔性衬底的表面；

37、利用热板烘干去除乙醇形成所述柔性栅电极。

38、可选地，制作所述柔性源电极和所述柔性漏电极的方法包括：

39、配置agnws乙醇分散液；

40、利用超声对agnws乙醇分散液进行分散处理；

41、利用掩模喷涂将分散液涂覆于所述有机半导体层的表面；

42、利用热板烘干去除乙醇形成所述柔性源电极和所述柔性漏电极。

43、可选地，制作所述栅极绝缘层的方法包括：

44、将所述pi材料与pdms材料按照10∶1的质量溶于dmf溶剂，形成混合溶液；

45、搅拌第一设定时间至完全溶解；

46、将溶液旋涂于柔性栅电极的表面；

47、在氮气氛围下热退火第二设定时间，去除dmf溶剂，形成所述栅极绝缘层。

48、可选地，制作所述封装层的方法包括：

49、将pdms材料与固化剂按照10∶1的质量比混合成溶液；

50、将所述溶液旋涂在所述柔性源电极和所述柔性漏电极上；

51、利用烘箱固化所述溶液形成所述封装层。

52、本发明的柔性压力-温度双传感器的有机半导体层由45%～50%的p3ht、18%～20%的ppy、2%～3%的虾青素、6%～8%的虫胶、0.5%～0.8%的rgo和18%～22%的pdms等材料形成，由该配方制成的有机半导体层能通过形变改变导电网络实现压力检测，并通过载流子迁移率变化实现温度检测，即本技术的柔性压力-温度双传感器能实现双参数独立探测的功能；有机半导体层中的p3ht（温度敏感）与聚吡咯（ppy）-rgo双导电网络（压力敏感）的协同设计，在同一层实现压力（0～50kpa）与温度（25～45℃）双参数同步探测，无需额外叠加器件，体积缩小50%以上，穿戴无异物感，解决了现有传感器“功能单一”的缺陷。而且，有机半导体层中的聚吡咯（ppy）（弹性导电聚合物）与rgo（二维片状材料）组成双导电网络结构（纤维-片状），通过聚吡咯（ppy）的弹性与rgo的高导电性协同，即聚吡咯（ppy）链段形变缓冲rgo的应力集中，解决了现有传感器被拉伸时导电网络断裂问题，150%拉伸率下导电网络不断裂，且电阻变化率＜10%，循环拉伸1000次后性能衰减≤5%，能够有效解决“可拉伸性与稳定性冲突”的缺陷。此外，有机半导体层中的虾青素（清除自由基）与虫胶（致密疏水膜）协同形成“分子级防护层”，两者分别从抗氧化、疏水角度形成双重防护，能够有效延长传感器寿命至≥6个月，且37℃、90%rh环境下性能衰减＜20%，解决了现有传感器“寿命短”的缺陷。