阅读说明：本技术 一种激光转移打印氧化石墨烯湿度传感器的制备方法 (A kind of preparation method of laser transfer printing graphene oxide humidity sensor ) 是由 王兴盛 章剑 徐斌 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及传感器制造领域,具体提供了一种激光转移打印氧化石墨烯湿度传感器的制备方法。本发明方法为：采用激光转移打印金属墨水或金属浆料在硬质或柔性基底上制备金属叉指电极,然后采用同一激光扫描进行金属叉指电极烧结固化；进一步继续采用激光转移打印氧化石墨烯墨水在金属叉指电极的叉指区域制备氧化石墨烯湿敏薄膜,最后采用激光扫描实现氧化石墨烯溶剂蒸发。本发明提供的制备方法灵活可控,加工精度高,能够在硬质或柔性基底上制备湿度传感器,激光转移打印过程可通过电脑程序一步实现,加工效率高,便于规模化生产,有利于湿度传感器性能的提高和商业化应用。(The present invention relates to sensor manufacturing fields, specifically provide a kind of preparation method of laser transfer printing graphene oxide humidity sensor.The method of the present invention are as follows: metallic ink is printed using laser transfer or metal paste prepares metal interdigital electrode on hard or flexible substrates, metal interdigital electrode sintering curing is then carried out using same laser scanning；It continues to prepare graphene oxide humidity sensitive thin film in the inter-digital area of metal interdigital electrode using laser transfer printing graphene oxide ink, the evaporation of graphene oxide solvent is finally realized using laser scanning.Preparation method provided by the invention is flexibly controllable; machining accuracy is high; humidity sensor can be prepared on hard or flexible substrates; laser transfer print procedure can be realized by one step of computer program; it is high in machining efficiency; convenient for large-scale production, be conducive to the raising and commercial applications of humidity sensor performance.)

一种激光转移打印氧化石墨烯湿度传感器的制备方法

技术领域

本发明属于传感器制造领域，具体涉及一种激光转移打印氧化石墨烯湿度传感器的制备方法。

背景技术

湿度传感器在工业、农业及人体健康监测等领域发挥着重要作用。常见的基于叉指电极的湿度传感器主要包括叉指电极和湿敏材料，通过湿敏材料将湿度变化转化为其他可测试信号，具有体积小、检测限度低、灵敏度高、稳定性好等优点。氧化石墨烯具有非常大的比表面积和丰富的含氧官能团，易于吸附水分子，非常适合作为湿度传感器的湿敏材料。

叉指电极结构常采用光刻印刷、丝网印刷、喷墨打印等方法制备。光刻印刷法需要掩膜板，不灵活，且加工工艺复杂；丝网印刷同样需要掩膜板，叉指电极尺寸相对较大，印刷后需要较长时间的加热固化；喷墨打印容易造成喷嘴堵塞，对墨水材料要求较高，打印后需要长时间加热固化。氧化石墨烯湿敏薄膜制备方法包括喷涂、旋涂、滴涂和喷墨打印等。喷涂、旋涂和滴涂难以精确控制薄膜厚度及制备区域，影响传感器的性能；喷墨打印对氧化石墨烯尺寸有较高要求，容易造成喷嘴堵塞；制备的氧化石墨烯薄膜需要进行长时间后处理蒸发溶剂。目前，湿度传感器的叉指电极和氧化石墨烯薄膜的制备一般需要分开进行，同时后期分别需要较长时间的热处理，增加了工艺的复杂性。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种激光转移打印氧化石墨烯湿度传感器的制备方法，该方法具有工艺简单、灵活性好、加工精度高和加工效率高等优势，有利于湿度传感器性能的提高和商业化应用。

技术方案：本发明是一种激光转移打印氧化石墨烯湿度传感器的制备方法，所述的湿度传感器包括基底、金属叉指电极和氧化石墨烯湿敏薄膜，金属叉指电极位于基底上，氧化石墨烯湿敏薄膜位于金属叉指电极的叉指区域。

其制备方法的具体步骤如下：

(1)将商用氧化石墨烯粉末溶于去离子水、乙醇和乙二醇混合溶液中，超声震荡处理30-60min，配置成浓度为2-10mg/ml的氧化石墨烯墨水；

(2)将步骤(1)制得的氧化石墨烯墨水通过旋涂或刮涂的方式在透明载玻片上制备一层厚度为10-30μm的氧化石墨烯薄膜；

(3)将商用金属墨水或金属浆料通过旋涂或刮涂的方式在透明载玻片上制备一层厚度为10-30μm的金属薄膜；

(4)将基底安装在激光加工装置平台上，同时将步骤(2)和(3)制得的透明载玻片安装在基底上方，氧化石墨烯薄膜和金属薄膜面朝基底，调整基底和透明载玻片距离50-300μm；

(5)通过电脑程序控制激光扫描透明载玻片上的金属薄膜，调整激光加工参数如下：激光脉冲能量1-50μJ，光斑直径5-30μm，重复频率500-2000Hz，扫描速度5-30mm/s，激光照射部位吸收能量形成气泡推动未气化的金属冲向基底，实现基底上金属叉指电极的转移打印；

(6)控制激光直接扫描步骤(5)转移打印的金属叉指电极，调整激光加工参数如下：激光脉冲能量1-10μJ，光斑直径5-30μm，重复频率1-2MHz，扫描速度5-30mm/s，实现金属叉指电极烧结固化；

(7)控制激光扫描透明载玻片上的氧化石墨烯薄膜，调整激光加工参数如下：激光脉冲能量1-10μJ，光斑直径5-30μm，重复频率500-2000Hz，扫描速度5-30mm/s，激光照射部位吸收能量形成气泡推动未气化的氧化石墨烯冲向基底，实现步骤(6)烧结后金属叉指电极叉指区域的氧化石墨烯转移打印；

(8)控制激光直接扫描步骤(7)转移打印的氧化石墨烯，调整激光加工参数如下：激光脉冲能量1-10μJ，光斑直径5-30μm，重复频率1-2MHz，扫描速度5-30mm/s，实现氧化石墨烯溶剂蒸发。

可选的，所述金属墨水或金属浆料为选自银墨水、金墨水、铜墨水、银浆、金浆和铜浆中的至少一种。

可选的，所述基底为选自硬质基底玻璃、陶瓷、硅基片和石英或柔性基底聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷和聚酰亚胺中的一种。

优选的，所述激光为皮秒脉冲激光器，脉冲宽度为10ps，输出波长为532nm。

本发明的有益效果为：本发明提供的制备方法灵活可控，加工精度高，能够在硬质或柔性基底上制备不同形状结构的金属叉指电极，同时可精确控制氧化石墨烯薄膜的制备区域、薄膜厚度及图案形状，可以保证湿度传感器的性能稳定。制备的湿度传感器具有结构简单、体积小、兼容刚性及柔性基底等优点，步骤(5)-(8)可通过电脑程序一步实现，加工效率高，便于规模化生产。

附图说明

图1是本发明中氧化石墨烯湿度传感器的结构示意图，其中：1为基底，2为金属叉指电极，3为氧化石墨烯湿敏薄膜。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。应当理解的是，此处所描述的具体实例只作为解释本发明，并不限定本发明。

实施例1：

(1)将商用氧化石墨烯粉末溶于去离子水、乙醇和乙二醇混合溶液中，去离子水∶乙醇∶乙二醇＝1∶1∶1vol％，超声震荡处理30min，配置成浓度为2mg/ml的氧化石墨烯墨水；

(2)将步骤(1)制得的氧化石墨烯墨水通过旋涂的方式在透明载玻片上制备一层厚度为10μm的氧化石墨烯薄膜；

(3)将商用银浆通过刮涂的方式在透明载玻片上制备一层厚度为20μm的银浆薄膜；

(4)将玻璃基底安装在激光加工装置平台上，同时将步骤(2)和(3)制得的透明载玻片安装在玻璃基底上方，氧化石墨烯薄膜和银浆薄膜面朝玻璃基底，调整玻璃基底和透明载玻片距离为150μm；

(5)通过电脑程序控制激光扫描透明载玻片上的银浆薄膜，调整激光加工参数如下：激光脉冲能量20μJ，光斑直径20μm，重复频率1000Hz，扫描速度30mm/s，激光照射部位吸收能量形成气泡推动未气化的银浆冲向玻璃基底，实现玻璃基底上金属叉指电极的转移打印；

(6)控制激光直接扫描步骤(5)转移打印的金属叉指电极，调整激光加工参数如下：激光脉冲能量2μJ，光斑直径20μm，重复频率2MHz，扫描速度20mm/s，实现金属叉指电极烧结固化；

(7)控制激光扫描透明载玻片的氧化石墨烯薄膜，调整激光加工参数如下：激光脉冲能量5μJ，光斑直径10μm，重复频率500Hz，扫描速度10mm/s，激光照射部位吸收能量形成气泡推动未气化的氧化石墨烯冲向玻璃基底，实现步骤(6)烧结后金属叉指电极叉指区域的氧化石墨烯转移打印。

(8)控制激光直接扫描步骤(7)转移打印的氧化石墨烯，调整激光加工参数如下：激光脉冲能量1μJ，光斑直径10μm，重复频率1MHz，扫描速度10mm/s，实现氧化石墨烯溶剂蒸发。

实施例2：

(1)将商用氧化石墨烯粉末溶于去离子水、乙醇和乙二醇混合溶液中，去离子水∶乙醇∶乙二醇＝1∶1∶1vol％，超声震荡处理40min，配置成浓度为5mg/ml的氧化石墨烯墨水；

(2)将步骤(1)制得的氧化石墨烯墨水通过刮涂的方式在透明载玻片上制备一层厚度为10μm的氧化石墨烯薄膜；

(3)将商用银墨水通过旋涂的方式在透明载玻片上制备一层厚度为10μm的银墨水薄膜；

(4)将聚酰亚胺基底安装在激光加工装置平台上，同时将步骤(2)和(3)制得的透明载玻片安装在聚酰亚胺基底上方，氧化石墨烯薄膜和银墨水薄膜面朝聚酰亚胺基底，调整聚酰亚胺基底和透明载玻片距离为200μm；

(5)通过电脑程序控制激光扫描透明载玻片上的银墨水薄膜，调整激光加工参数如下：激光脉冲能量5μJ，光斑直径10μm，重复频率1000Hz，扫描速度20mm/s，激光照射部位吸收能量形成气泡推动未气化的银墨水冲向聚酰亚胺基底，实现聚酰亚胺基底上金属叉指电极的转移打印；

(6)控制激光直接扫描步骤(5)转移打印的金属叉指电极，调整激光加工参数如下：激光脉冲能量1μJ，光斑直径10μm，重复频率1MHz，扫描速度10mm/s，实现金属叉指电极烧结固化；

(7)控制激光扫描透明载玻片的氧化石墨烯薄膜，调整激光加工参数如下：激光脉冲能量5μJ，光斑直径10μm，重复频率500Hz，扫描速度10mm/s，激光照射部位吸收能量形成气泡推动未气化的氧化石墨烯冲向聚酰亚胺基底，实现步骤(6)烧结后金属叉指电极叉指区域的氧化石墨烯转移打印。

(8)控制激光直接扫描步骤(7)转移打印的氧化石墨烯，调整激光加工参数如下：激光脉冲能量1μJ，光斑直径10μm，重复频率1MHz，扫描速度10mm/s，实现氧化石墨烯溶剂蒸发。