[發明專利]一種基于碳納米管三維網絡薄膜的應變傳感器制備方法

有效

• 申請號: 201210436811.7
• 申請日: 2012-11-06
• 公開（公告）號: CN103808247A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 盧少微;賁強;張海軍;高禹;聶鵬;呂偉
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙) 21229
• 代理人: 甄玉荃

技術領域

本發明涉及一種傳感器制備方法，尤其涉及一種基于碳納米管三維薄膜的應變傳感器制備方法，屬于材料科學技術領域。?

背景技術

碳納米管以其優異的熱力學性能，壓阻性及電性能而成為優異的傳感器材料。直接將碳納米管分散于聚合物基體內，通過復合材料電阻變化監測應變時，碳納米管復合材料的應變及電阻可表現出較好的線性關系，但是碳納米管的分子間作用力較大，當直接分散于聚合物基體內時，其巨大的比表面積會導致樹脂基體黏度增大，造成復合材料成型困難，從而影響復合材料力學性能，同時由于碳納米管的含量較低，較難分散等問題也會影響到碳納米管傳感網絡的構建及傳感精度。?

發明內容

基于上述問題，本發明將碳納米管薄膜引入傳感器領域。碳納米管薄膜（碳納米紙）是一種依靠碳納米管（單壁或多壁）分子間范德華力連接而成，由碳納米管及其間空隙組成的薄膜狀自支撐三維立體結構，其具有高導電性，電磁特性及機械特性，相比于在樹脂內添加碳納米管，碳納米管薄膜完全由碳納米管連接而成，具有更加優異的電導性，當鋪放于需要進行局部應變監測的復合材料結構時，高密度的碳納米管網絡會對結構局部應力/應變分布具有較好的敏感性，其各向異性特性也使其具有不同方向應力/應變傳感性能。?

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：一種基于碳納米管三維?網絡薄膜的應變傳感器制備方法，是通過以下步驟實現的：?

（1）碳納米管和表面分散劑的混合物通過機械融合的方法制備碳納米管的單分散水溶液，其中碳納米管選用多壁碳納米管、單壁碳納米管、功能化碳納米管，表面活性劑選用TX-100、SDS、SDBS，碳納米管的水溶液濃度控制在0.01-2.5wt%，表面活性劑：碳納米管質量比=20：1-1：1，機械融合法主要包括研體研磨、磁力攪拌、超聲分散、高速離心法。?

（2）將碳納米管的單分散水溶液倒入真空吸濾裝置的上容器在過濾膜上抽濾成膜，過濾膜選用0.22或0.44μm的混纖膜或PTFE膜，控制真空度為40-100kpa。?

（3）將碳納米薄膜與過濾膜一同放入不銹鋼板間壓實，放入烘箱內50-150度固化1-10小時，固化完成后剝離濾膜后得到碳納米管三維薄膜。?

（4）從碳納米管薄膜上切下長10mm，寬4mm的長方形結構，利用導電膠將4根銅導線（0.2mm直徑）固定于碳納米管薄膜表面，將此傳感器埋入復合材料內部（或外貼于復合材料外部）特定位置，按復合材料固化工藝固化成型。?

（5）復合材料靜態拉伸實驗過程中，利用四探針法分別測量碳納米管薄膜的電流與電壓變化，計算碳納米管薄膜傳感器電阻變化-應變關系曲線，擬合得到應變傳感系數S值如下：?

S=ΔR/R0ϵ]]>

其中，S為應變傳感系數；ΔR為電阻變化；R₀為初始電阻；ε為應變。?

（6）該碳納米管三維薄膜應變傳感器的電阻率可達到10^-3-10^-5Ω·m，具有較高的電阻-應變線性擬合關系。?

本發明的有益效果及特點：?

（1）該碳納米管三維網絡結構與復合材料結構材料具有很好的界面結合性能，可以與復合材料共同成型，不但不會影響復合材料結構力學性能，而且可以提高復合材料界面結合強度；?

（2）克服了傳統應變傳感器（電阻應變片、光纖傳感器）尺寸較大、埋入復合材料結構內部會影響結構性能的問題，非常適合進行結構內部應變場監測。?

（3）基于碳納米管三維網絡結構的應變傳感器具有非常優異的應變傳感精度和線性可重復性。?

附圖說明

圖1為碳納米管三維薄膜應變傳感器外部結構示意圖。?

圖2為碳納米管薄膜傳感器內部結構的SEM相片。?

具體實施方式

實施例1?

參照圖1、圖2，一種基于碳納米管三維網絡薄膜的應變傳感器制備方法，是通過以下步驟實現的：?