一種基于硅納米線陣列的柔性傳感器件及其制備方法

本發明屬于傳感器，尤其涉及一種基于硅納米線陣列的柔性傳感器件及其制備方法。

背景技術：

1、呼吸障礙問題一直是受到世界各國關注的問題之一。此外呼吸模式和呼吸質量對于老年人的生命健康監測和生活質量管理有非常重要的影響。而針對呼吸障礙的呼吸傳感系統可以較好的解決此類問題。傳統的傳感系統通過感知人體肌肉或者聲帶振動變化引起的肌肉電信號達到傳感的目的，其存在設備制作復雜，信號采集困難，可穿戴性差等缺陷。現有的水伏的濕氣吸附發電裝置為了保證信號的靈敏度和信噪比多采用無機硅、碳化硅等材料。然而這類材料的柔性韌性較差，難以應對復雜的物理場景。因此提升硅基傳感器件的柔性成為了重要的問題。

2、在現有的柔性傳感器領域，一般是將傳感單元刻畫在柔性基底上以實現柔性，這為柔性傳感器件的搭建提供了新的思路。然而硅基傳感器件功能層的立體結構對于功能層的轉移有較高要求。因此在保持硅納米線傳感陣列不變的情況下對其進行完整的柔性基底轉移成為了一個需要解決的問題。

技術實現思路

1、為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于硅納米線陣列的柔性傳感器件及其制備方法，該柔性傳感器件的硅納米線功能結構為底部聚集、頂部疏松的開花狀硅納米線結構，有利于濕氣的摩擦、吸附、脫附和電信號的發生，實現了硅納米線陣列高效完整的轉移并構造高性能柔性傳感器件。

2、本發明的第一個目的是提供一種基于硅納米線陣列的柔性傳感器件的制備方法，包括以下步驟：

3、s1、在硅片表面鍍銀后進行一次刻蝕，形成硅納米線陣列；

4、s2、對一次刻蝕后的硅片進行一次超聲誘導、二次刻蝕，在硅納米線陣列底部形成裂紋；

5、s3、在硅納米線陣列頂部涂抹增粘劑，然后在加熱條件下將硅納米線陣列轉移至基底表面，并進行剝離、固化、二次超聲誘導；所述基底包括聚合物基底和設置于所述聚合物基底表面的第一電極；所述第一電極設置于所述硅納米線陣列和聚合物基底之間；

6、s4、在二次超聲誘導后的硅納米線陣列頂部設置第二電極，得到所述的基于硅納米線陣列的柔性傳感器件。

7、在本發明的一個實施例中，在s1中，所述硅納米線的長度為20μm-30μm；

8、所述一次刻蝕的溫度為30℃-50℃，時間為25min-35min。

9、在本發明的一個實施例中，在s2中，所述二次刻蝕的溫度為30℃-50℃，時間為3min-8min。

10、在本發明的一個實施例中，在s1和s2中，所述一次刻蝕和所述二次刻蝕采用的刻蝕液均由氟化氫和過氧化氫溶于水得到；所述刻蝕液中氟化氫的濃度為4.5mol/l-5mol/l，過氧化氫的濃度為0.02mol/l-0.05mol/l。

11、在本發明的一個實施例中，在s3中，所述增粘劑為六甲基二硅氮烷(hmds)，以增強其粘性，便于其更穩定的粘附在基底表面。

12、在本發明的一個實施例中，在s3中，所述剝離的方式選自機械剝離或超聲震蕩剝離。

13、在本發明的一個實施例中，在s3中，所述加熱條件的溫度為140℃-210℃，該溫度條件下聚合物基底呈半熔融狀，有利于利用硅納米線陣列自重稍微插入并且緊密粘附在聚合物基底內部。

14、在本發明的一個實施例中，在s3中，所述聚合物基底選自聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)或熱塑性聚氨酯彈性體；所述聚合物基底的厚度為80μm-120μm，具有一定的粘附性和生物相容性，可以貼敷在人體皮膚表面進行傳感應用。

15、在本發明的一個實施例中，在s2和s3中，所述一次超聲誘導和所述二次超聲誘導均是在水浴中進行超聲處理；所述水浴的溫度為55℃-65℃，所述超聲處理是以42000hz-48000hz的頻率超聲處理2min-4min。

16、在本發明的一個實施例中，在s3和s4中，所述第一電極和所述第二電極的材料獨立地選自銀和/或銅，厚度獨立地為5μm-15μm。

17、本發明的第二個目的是提供一種所述的方法制備的基于硅納米線陣列的柔性傳感器件。

18、本發明的技術方案相比現有技術具有以下優點：

19、(1)本發明所述的制備方法將硅納米線陣列從刻蝕生長時的硬硅基底轉移至聚合物基底上，使得傳感器件可以彎折，用以應對多種復雜的力學環境和應用場景。

20、(2)本發明所述的制備方法構建了底部聚集，頂部開放整齊的開花狀硅納米線陣列，可以更快的進行微小水滴的蒸發、摩擦、吸附、脫附、以獲得更快的響應和更好的信噪比。

21、(3)本發明所述的制備方法可以實現大規模硅納米線陣列制備，采用的聚合物基底具有超高柔韌性，可以根據需要直接使用剪刀、激光、手撕等的方法裁剪成各種各樣的形狀，適用于多種不同的應用場景。

技術特征：

1.一種基于硅納米線陣列的柔性傳感器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的基于硅納米線陣列的柔性傳感器件的制備方法，其特征在于，在s1中，所述硅納米線的長度為20μm-30μm；

3.根據權利要求1所述的基于硅納米線陣列的柔性傳感器件的制備方法，其特征在于，在s2中，所述二次刻蝕的溫度為30℃-50℃，時間為3min-8min。

4.根據權利要求1所述的基于硅納米線陣列的柔性傳感器件的制備方法，其特征在于，在s1和s2中，所述一次刻蝕和所述二次刻蝕采用的刻蝕液均由氟化氫和過氧化氫溶于水得到；所述刻蝕液中氟化氫的濃度為4.5mol/l-5mol/l，過氧化氫的濃度為0.02mol/l-0.05mol/l。

5.根據權利要求1所述的基于硅納米線陣列的柔性傳感器件的制備方法，其特征在于，在s3中，所述增粘劑為六甲基二硅氮烷。

6.根據權利要求1所述的基于硅納米線陣列的柔性傳感器件的制備方法，其特征在于，在s3中，所述加熱條件的溫度為140℃-210℃。

7.根據權利要求1所述的基于硅納米線陣列的柔性傳感器件的制備方法，其特征在于，在s3中，所述聚合物基底選自聚對苯二甲酸乙二醇酯或熱塑性聚氨酯彈性體；所述聚合物基底的厚度為80μm-120μm。

8.根據權利要求1所述的基于硅納米線陣列的柔性傳感器件的制備方法，其特征在于，在s2和s3中，所述一次超聲誘導和所述二次超聲誘導均是在水浴中進行超聲處理；所述水浴的溫度為55℃-65℃，所述超聲處理是以42000hz-48000hz的頻率超聲處理2min-4min。

9.根據權利要求1所述的基于硅納米線陣列的柔性傳感器件的制備方法，其特征在于，在s3和s4中，所述第一電極和所述第二電極的材料獨立地選自銀和/或銅，厚度獨立地為5μm-15μm。

10.一種如權利要求1-9任一項所述的方法制備的基于硅納米線陣列的柔性傳感器件。

技術總結
本發明涉及一種基于硅納米線陣列的柔性傳感器件及其制備方法，屬于傳感器技術領域。本發明的制備方法包括以下步驟：S1、在硅片表面鍍銀后進行一次刻蝕，形成硅納米線陣列；S2、對一次刻蝕后的硅片進行一次超聲誘導、二次刻蝕，在硅納米線陣列底部形成裂紋；S3、在硅納米線陣列頂部涂抹增粘劑，然后在加熱條件下將硅納米線陣列轉移至基底表面，并進行剝離、固化、二次超聲誘導；S4、在二次超聲誘導后的硅納米線陣列頂部設置第二電極，得到所述的基于硅納米線陣列的柔性傳感器件。本發明所述的制備方法構建了底部聚集，頂部開放整齊的開花狀硅納米線陣列，可以更快的進行微小水滴的蒸發、摩擦、吸附、脫附、以獲得更快的響應和更好的信噪比。

技術研發人員：梁卓維,趙天翊,王玉生,孫寶全
受保護的技術使用者：蘇州大學
技術研發日：
技術公布日：2025/3/6