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本文提出了一种用乙酸正丁酯稀释聚甲基硅氧烷(PDMS)直接喷墨印刷工艺来制备弹性微结构压力传感器。用交联剂稀释后的PDMS前驱体混合物，在25℃下固化后的PDMS膜的弹性模量和硬度值低于未稀释的PDMS前驱体。采用印刷PDMS薄膜作为微结构介质层的电容器具有很高的压敏性。此外，喷墨打印PDMS薄膜结构的摩擦电传感器，可控制的能够产生高达1.23V的电压信号，而且不需要任何放大。结果表明,机械性能和弹性微结构图案在PDMS传感器中扮演关键的角色。控制力学性能的PDMS介电层与和微观结构可以通过喷墨印刷直接制造出来，从而开辟了PDMS及其复合材料应用在功能设备上。

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种典型的有机硅弹性体，具有良好的拉伸性能、化学/生理/热稳定性、低模量和光学透明度，以及低成本和易于制造等优良性能。它已被广泛应用于微流体，软光刻，分析化学，电子，医疗设备，聚合光学。在过去的几年里，PDMS及其复合材料在传感器和能源收获方面的应用被报道。在电容式、摩擦式、压阻式压力传感器中，微结构PDMS薄膜已被证明是高灵敏度和快速响应时间的关键元件。

与复制模塑或其他潜在的大面积打印/涂层技术相比，喷墨打印是一种低成本、方便的非接触式沉积定制图案材料的方法。然而，由于高粘度和连续的交联反应，通常不可能使PDMS前体通过压电驱动的喷墨喷头喷射出来。尽管体积在10μL到100μL之间的喷射器可以将液滴喷射出去，但是仍然很难产生pl级的液滴。

用功能溶剂稀释PDMS前驱体是一种简单有效的降低粘度的方法。将已稀释的己烷前驱体旋转涂布，制备出70nm的PDMS薄膜。此外，适当稀释后的混合物可以使用喷涂技术处理。在本文中，将PDMS前体用良好的溶剂稀释，并将带有pl尺度的液滴直接喷墨打印的图案膜用作压力传感器的微透镜或微结构介质层。为消除喷嘴堵塞，选用高沸点乙酸正丁酯作为稀释溶剂，减少印刷过程中油墨的蒸发。将交联剂与PDMS前体混合物以1:3的体积比稀释。将稀释后的混合物至少搅拌10分钟后，使用直径为50μm打印头的MicroFab jetlab II型喷墨打印机打印。将PDMS直接印在氧化铟锡(ITO)镀膜玻璃上，分别用丙酮、去离子水和异丙醇进行超声波清洗。 

上图为喷墨打印PDMS的原理图和打印液滴的扫描电子显微镜(SEM)图，可以看出印在ITO/玻璃表面的单一固化的PDMS液滴具有非常平坦的球形段形状(底座外径160μm;高度1.6μm)，体积约16 pL。此外，PDMS可以直接在柔性PET薄膜上打印成任何图案。

上图为打印PDMS为介质层的自供电摩擦电传感器结构示意图。由于PDMS与PET之间的电荷产生和分离，PDMS在ITO /玻璃表面形成的微结构图案可以被当作自供电的摩擦电传感器的活性层。为了验证喷墨打印PDMS微结构的摩擦电效应，将ITO/PET薄膜覆盖在打印和自旋PDMS涂层上，PET侧面接触PDMS，制备了一系列摩擦电传感器。

用一个小的铝箔颗粒在装置上诱导施加的力。输出电压的比较如图所示。结果表明，颗粒撞击PET薄膜后产生了不同尺度的脉冲，具有明显的阻尼振动。PDMS在压制过程中具有更大的有效摩擦电效应，并且在器件释放时更容易分离摩擦电荷。而良好性能的摩擦电传感器是由于PDMS覆盖和摩擦电效应平衡的结果。

参考文献：

[1] Peng Y , Xiao S , Yang J , et al. The elastic microstructures of inkjet printed polydimethylsiloxane as the patterned dielectric layer for pressure sensors[J]. Applied Physics Letters, 2017, 110(26):261904.

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