基于微流控通道的软电极及其在电容式压力传感中的应用

软压力传感器在气动机器人抓手¹、可穿戴电子产品²、人机界面系统³等应用中得到了广泛的探索。在此类应用中，传感系统需要柔韧性和拉伸性，以确保与任意曲线表面的保形接触。因此，它需要所有基本组件，包括基板、转导元件和电极，以便在极端变形条件下提供一致的功能⁴。此外，为了保持高传感性能，必须将软电极的变化保持在最小水平，以避免对电^{传感信号的}干扰5。

作为软压力传感器的核心组件之一，能够承受高应力和应变水平的可拉伸电极对于器件保持稳定的导电通路和^{阻抗特性至关重要}6^，7。具有优异性能的软电极通常具有1）微米级的高空间分辨率和2）高拉伸性，与基板的粘合性强，这些是实现可^{穿戴尺寸高度}集成的软电子元件不可或缺的特性8。因此，近年来提出了各种策略来开发具有上述性能的软电极，例如喷墨印刷，丝网印刷，喷雾印刷和转移印刷等。⁹.喷墨打印方法⁶因其制造简单，无遮蔽要求，材料浪费量少的优点而得到广泛应用，但由于油墨粘度方面的限制，很难实现高分辨率图案化。丝网印刷¹⁰和喷印¹¹是简单且具有成本效益的图案化方法，需要在基材上涂上阴影遮罩。但是，放置或移除遮罩的操作会降低图案的清晰度。尽管据报道转移印刷⁴是实现高分辨率印刷的一种有前途的方法，但这种方法存在复杂的程序和耗时的印刷过程。此外，通过这些图案化方法生产的大多数软电极具有其他缺点，例如从基板分层。

本文提出了一种基于微流控通道构型的快速制备高性价比和高分辨率软电极的新型印刷方法。与其他传统制备方法相比，该策略利用弹性导电聚合物复合材料（ECPCs）作为导电材料，并采用光刻压花微流控通道对电极迹线进行图案化。ECPCS浆料通过溶剂蒸发法制备，由7重量%的碳纳米管（CNTs）组成，这些碳纳米管（CNTs）充分分散在聚二甲基硅氧烷（PDMS）基质中。通过将ECPC浆料刮入微流体通道，可以生产由光刻图案定义的高分辨率电极。此外，由于电极主要基于PDMS，因此在基于ECPC的电极与PDMS基板之间的界面处会产生强粘合。因此，电极可以维持与PDMS基板一样高的拉伸水平。实验结果表明，所提出的可拉伸电极对轴向应变的响应率高达30%，在0-400 kPa的高压范围内表现出优异的稳定性，表明该方法在制备电容式压力传感器软电极方面具有巨大潜力，这也在这项工作中得到了证明。