一种pmma膜制备方法及pmma膜电阻式柔性压力传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及柔性压力传感器结构和制备，具体涉及PMMA薄膜制备工艺以及使用PMMA薄膜的电阻式柔性压力传感器的结构。
技术背景
[0002]柔性压力传感器是能将应力转化为电学信号的柔性电子器件。一般来说，柔性压力传感器主要是通过电容效应，压电效应以及压电阻效应这三种原理将力学量转化为电学信号。因为柔性压力传感器能将环境中的力学量转化为容易处理的电学信号，使其在柔性触摸屏、智能机器人、移动医疗和机械结构损伤检测等领域得到了广泛的运用。
[0003]柔性电阻式压力传感器主要有电容式、电阻式和压电式，其中电阻式柔性压力传感器由于器件结构简单，简易的后期数据处理电路和较高的灵敏度备受产业界和研究界青睐。其中对电极式柔性电阻式压力传感器由于简易的结构和极高的灵敏度而具有极大研究和运用潜力。首尔大学的Changhyun Pang研究小组利用硅作为模板制备出具有微纳指状结构阵列，然后在PDMS薄膜上溅射Pt薄膜电极组装成对电极结构的压力传感器，结构如图1(Changhyun Pang,Nature Materials，2012，7)。该传感器利用覆有Pt电极的指状导电结构受到应力作用接触面积发生变化从而将应力转化为电阻变化实现压力传感。这个压力传感器可以检测最小为5Pa的压强，在8000次重复测试中器件性能稳定。同样中国苏州纳米所的张挺研究小组利用同样的对电极式结构，将Pt薄膜替换成CNT(碳纳米管)薄膜作为导电层，制备出柔性压力传感器(Xuewen Wang,Advanced Materials，2014，9)。该传感器可检测最小为0.6Pa的压强，同时在67500次疲劳测试后性能依旧稳定。但由于TOMS的杨氏模量很低(I?1MPa)而且表面能低(21.6mN/m)，所以PDMS薄膜容易塌陷并且容易相互粘连。因此以PDMS为衬底的对电极结构的压力传感器具有性能不稳定和在尚压力下容易损坏的缺点。其他研究者也发现相同的问题并在相应研究文献中提到。例如中国苏州纳米所的张挺研究小组在实验中，发现只有在PDMS薄膜上放置一片薄玻璃才能提高器件的稳定度。同样ShuGong在Nature Communicat1n发表的文章中指出，PDMS薄膜的粘连性会导致压阻传感器在施加压强为600Pa，施加频率为IHZ测试条件下，产生响应迟滞。
【发明内容】
[0004]本专利提供一种制备PMMA薄膜的物理制备方法，并提供一种能提高I3DMS对电极式压力传感器稳定性的结构。该制备方法主要针对PMMA薄膜旋涂制备，并运用在对电极式压力传感器制备上。
[0005]本发明的技术方案是一种PMMA膜电阻式柔性压力传感器及PMMA膜的制备方法，对电极式压力传感器的结构设计主要采用PMMA薄膜替代PDMS压力传感器上电极衬底；利用PMMA薄膜高杨氏模量带来的不易塌陷和不易发生塑形形变的优点提高器件的稳定性和性會K。
[0006]因而本发明一种PMMA膜电制备方法，该方法包括:
[0007]步骤1:PMMA的清洗方法；
[0008]将PMMA颗粒使用洗洁精和去离子水清洗后氮气吹干;再将吹干的PMMA颗粒使用无水乙醇浸泡后，使用超声机超声清洗，然后使用N2气吹干待用；将上述PMMA颗粒再用去离子水浸泡，使用超声清洗机超声清洗，清洗完后使用他气吹干待用；
[0009]步骤2:对旋涂需要的基板做预处理；
[0010]步骤3:将适量干燥的PMMA颗粒放入CHCl3、CCl4或TFH溶剂中，搅拌至PMMA颗粒完全溶解于溶剂中；
[0011 ]步骤4:将基板放置在旋涂机上，将旋涂机转速设定在300rpm?400rpm;将足量的PMMA的溶液滴在基板上，至PMMA溶液均匀平铺于基板上;旋涂成功后，将覆有PMMA薄膜的基板放置在高温烘箱中，将烘箱温度设置在50°C?80°C通风热烘至薄膜凝固成型，最后剥离薄膜。
[0012]进一步的，所述步骤2中采用的基板为玻璃基板，玻璃基板的预处理方法为:
[0013]将玻璃基板先使用洗洁精清洗去除表面污渍，再用清水清洗后使用犯气吹干;再将玻璃基板浸泡在丙酮溶剂中超声清洗，洗净取出后用清水冲洗，犯气吹干;再使用无水乙醇超声清洗，洗净取出后清水冲洗，他气吹干备用。
[0014]进一步的，所述步骤2中采用的基板为铝板基板，铝板基板的预处理方法为:
[0015]Al板先使用去离子水超声清洗，再使用丙酮超声清洗，再使用去离子水超声清洗；
[0016]将BTSE溶于体积比为3:1的乙醇和水的混合溶液中，BTSE为“I，2_双(三乙氧基硅基)乙烧”，制备成硅烷化试剂，然后将上述硅烷化试剂放在35°C?500C恒温槽中水解;待硅烷化试剂水解后，将干燥的Al板放入上述硅烷化试剂中Imin?5min，取出放入温度设定50°C?80°C的烘箱干燥固化；
[0017]一种PMMA膜电阻式柔性压力传感器，该传感器包括:上电极、上电极衬底、下电极、下电极衬底、封装结构，上电极位于上电极衬底下表面，下电极位于下电极衬底的上表面，上电极与下电极之间留有空腔，所述上、下电极包括:导电薄膜、设置于导电薄膜上的银电极，与银电极相连的铜导线，下电极衬底为PDMS薄膜，其特征在于上电极衬底为PMMA薄膜。
[0018]本专利的有益效果是，使用了更为廉价的PMMA薄膜作为对电极式压力传感器衬底降低对电极式压力传感器制备成本。传统PDMS衬底制备原料为道康宁的PDMS组合试剂，价格为1000RMB/kg。而制备的PMMA薄膜原料是PMMA和CHCl3，其中PMMA颗粒价格50RMB/kg，而作为溶剂使用CHCl3的价格为25RMB/500ml。
[0019]本专利另一个有益的效果，使用韧性较强、杨氏模量更大PMMA薄膜后，克服了PDMS薄膜的自身容易塌陷粘连的缺点，提高使用TOMS制备的对电极式压力传感器稳定性，从而拓宽PDMS对电极式柔性压力传感器的使用领域。
【附图说明】
[0020]图1为传统PDMS薄膜的对电极式柔性压力传感器结构
[0021 ]说明:I为使用PDMS双组分试剂制备的PDMS; 2为使用抽滤方法制备的CNT导电薄膜或者使用其他方法制备的导电薄膜;3为导电Ag胶制备的电极;4为通过Ag电极引出的Cu导线。
[0022]图2为使用PMMA薄膜的PDMS对电极式压力传感器结构图；
[0023]说明:I为旋涂方法制备的PMMA薄膜衬底；2为使用PDMS双组分试剂制备的PDMS;3为方法制备的CNT导电薄膜或者使用其他方法制备的导电薄膜;4为导电Ag胶制备的电极；
(5)为通过Ag电极引出的Cu导线。
[0024]图3为使用PMMA薄膜的PDMS对电极式压力传感器侧视图
[0025]说明:I为旋涂方法制备的PMMA薄膜衬底，厚度为10um;2为使用PDMS双组分试剂制备的PDMS，厚度为10um; 3为方法制备的CNT导电薄膜或者使用其他方法制备的导电薄膜，厚度为10nm; 4为导电Ag胶制备的电极，直径2mm，厚度2mm; 5为通过Ag电极引出的Cu导线。
[0026]图4为PMMA薄膜制备工艺流程图.
[0027]图5为采用PMMA薄膜作为上电极绝缘衬底时压力测试结果图。
[0028]图6为采用PDMS薄膜作为上电极绝缘衬底时压力测试结果图。
【具体实施方式】
[0029]采用200Pa测试压强，对PMMA上电极绝缘衬底的柔性压力传感器和PDMS上电极绝缘衬底的柔性压力传感器进行对比测试。
[0030]采用PMMA薄膜作为上电极绝缘衬底时，测试数据显示压力传感器在恢复过程中，数据毛刺尖峰更小。在不受力时，压力传感器的电阻值为270 Ω，受到200Pa压强时电阻数据为235Ω，电阻值变化为35 Ω (具体见图5)。
[0031]采用PDMS薄膜作为上电极绝缘衬底时，测试数据显示压力传感器在恢复过程中，数据毛刺尖峰更大更明显。在不受力时，压力传感器的电阻值为300 Ω，受到200Pa压强时电阻数据为275 Ω，电阻值变化为25 Ω (具体见图6)。
[0032]从数据可以看出，采用PMMA薄膜作为上电极绝缘衬底的压力传感器，在恢复过程中毛刺更小，器件性能更稳定。同时在200Pa压强下，PMMA薄膜作为上电极绝缘衬底的压力传感器响应度更好。
[0033]1.PMMA清洗工艺
[0034]将纯度99.98%，颗粒直径为5mm左右，质量为5g的PMMA颗粒使用洗洁精和去离子水清洗后氮气吹干。再将吹干的PMMA颗粒使用无水乙醇浸泡后，使用超声机超声清洗15min，然后使用他气(纯度99.99%)吹干待用。将上述PMMA颗粒再用去离子水浸泡，使用超声清洗机超声清洗15min，清洗完后使用N2气吹干待用。
[0035]将玻璃基板(3cmX3cm)先使用洗洁精清洗去除表面污渍，再用清水清洗后使用N2气吹干。再将玻璃基板浸泡在丙酮溶剂中超声清洗15min，洗净取出后用清水冲洗，N2气吹干。再使用无水乙醇超声清洗15min，洗净取出后清水冲洗，纯他气吹干备用。
[0036](2)PMMA 溶解工艺
[0037]将干燥的?1嫩颗粒按0.18/41111的比例放入01(:13(三氯甲烷，纯度99.99%)有机溶剂中，使用搅拌器搅拌15min直至PMMA颗粒完全溶解到CHCl3中。针对PMMA颗粒溶解还可以使用CCl4(四氯甲烷)、??Η(四氢呋喃)作为溶剂。其中PMMA在CCl4中采用溶解度与在CHCl3中溶解的一样。而PMMA颗粒溶解在TFH(四氢呋喃)溶解度按I %?5 %质量比溶解。<