[發(fā)明專利]一種彎曲式柔性透明應(yīng)變傳感器的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310229567.1
• 申請日: 2013-06-09
• 公開（公告）號: CN103292685A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張紅娣;唐成春;龍云澤;黃蓉;李照建
• 申請（專利權(quán)）人: 青島大學(xué)
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;B82Y15/00
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所 37104
• 代理人: 張世功

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于應(yīng)變傳感器制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用原位聚合法制備聚苯胺納米薄膜柔性可彎曲應(yīng)變傳感器的方法，特別是一種彎曲式柔性透明應(yīng)變傳感器的制備方法。

背景技術(shù)：

應(yīng)變傳感器是監(jiān)測物體受力變形的一種傳感器，常采用的傳感元件是電阻式應(yīng)變片，電阻式應(yīng)變片是將機械應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感元件，例如中國專利（申請?zhí)?01110210639.9）公開了一種基于氧化鋅納米線/聚苯乙烯納米纖維雜化結(jié)構(gòu)拉伸式力學(xué)傳感器的方法，中國專利（申請?zhí)?01010260505.3）公開了一種碳納米管/聚合物復(fù)合膜陣列式柔性力敏傳感器。現(xiàn)有的應(yīng)變式傳感器的功能層材料包括金屬、半導(dǎo)體和合成材料，金屬材料的應(yīng)變傳感器柔軟性較差；硅材料的應(yīng)變傳感器最常用，其靈敏度高，精度好，但制備成本高，受溫度影響大，制備工藝復(fù)雜；導(dǎo)電聚合物材料的應(yīng)變傳感器制備成本低，只有硅材料應(yīng)變傳感器的1-3%，制備工藝簡單，可彎折式電子器件在很多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用潛力，在實時監(jiān)測和醫(yī)療診斷方面具有重要的應(yīng)用前景。

聚苯胺是一種高分子合成材料，俗稱導(dǎo)電塑料，它是一類特種功能材料，既具有塑料的密度，又具有金屬的導(dǎo)電性和塑料的可加工性，還具備金屬和塑料所欠缺的化學(xué)和電化學(xué)性能；聚苯胺作為新型導(dǎo)電聚合物智能材料，具有合成工藝簡單、原材料便宜、耐高溫和物理化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點，在智能傳感和液晶顯示領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛關(guān)注和應(yīng)用，例如，中國專利（申請?zhí)?01110210639.9）公開了以ZnO網(wǎng)格狀納米線作為功能層的一種柔性半透明應(yīng)變傳感器的制備方法；中國專利（申請?zhí)?01210196840.0）公開了納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚苯胺同軸有序纖維的柔性力敏傳感器。但是，以聚苯胺超薄納米膜作為功能層的高透明應(yīng)變傳感器尚未見有報道。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，尋求設(shè)計提供一種基于聚苯胺納米薄膜的彎曲式柔性透明應(yīng)變傳感器件的制備方法，利用原位聚合方法制備聚苯胺納米薄膜結(jié)構(gòu)應(yīng)變傳感器，根據(jù)聚苯胺納米薄膜的性質(zhì)采用不同彈性模量的襯底制備不同量程的柔性彎曲式透明應(yīng)變傳感器，制備的應(yīng)變傳感器力學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，反復(fù)彎曲性能穩(wěn)定，響應(yīng)時間短，成本低。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明以聚苯胺納米薄膜作為功能層制備彎曲式柔性透明應(yīng)變傳感器，其具體工藝步驟為：

（1）、選用聚酯膜作為柔性襯底，分別用丙酮、無水乙醇、去離子水超聲清洗聚酯膜，得到潔凈聚酯膜襯底；

（2）、將樟腦磺酸溶于去離子水形成樟腦磺酸濃度為0.025摩爾/升的樟腦磺酸水溶液；再將苯胺單體加入樟腦磺酸水溶液，苯胺單體的濃度為0.02摩爾/升；最后加入濃度為0.02摩爾/升的雙氧水，制備得到聚苯胺反應(yīng)液；

（3）、將潔凈聚酯膜襯底豎直浸沒在聚苯胺反應(yīng)液中浸泡2小時后取出，再在間甲酚溶液中浸泡30分鐘后取出，用去離子水漂洗，并用氮氣槍吹干，得到聚苯胺納米薄膜樣品；

（4）、將步驟（3）中得到的聚苯胺納米薄膜樣品裁剪成5毫米邊長的正方形，貼附在印有電極的聚酯膜上并連接于電路中，電極之間的絕緣溝道寬為3毫米，用聚二甲基硅氧烷（PDMS）膠膜將聚苯胺納米薄膜樣品封裝；連接恒壓電源和電流表，制備得到彎曲式柔性透明應(yīng)變傳感器。

本發(fā)明制備的彎曲式柔性透明應(yīng)變傳感器的主體結(jié)構(gòu)包括電極、聚酯膜、聚二甲基硅氧烷（PDMS）膠膜、聚苯胺納米薄膜、電流表、恒壓電源、導(dǎo)線和絕緣溝道；電極采用銀膠電極，電極印制在聚酯膜表面的兩端，兩個電極之間制有寬度為毫米的絕緣溝道；聚苯胺納米薄膜貼附在電極上，聚苯胺納米薄膜的下方制有一層聚酯膜；聚二甲基硅氧烷（PDMS）膠膜覆蓋在聚苯胺納米薄膜下方的聚酯膜，將電極、聚酯膜和聚苯胺納米薄膜封裝，導(dǎo)線分別與兩個電極電連接，電流表和恒壓電源串接在電路中。

本發(fā)明對制備的聚苯胺納米薄膜的電阻隨應(yīng)變變化的傳感性能進行測試，結(jié)果顯示聚苯胺納米薄膜的電阻隨著彎曲程度的變化而變化，重復(fù)性好；對薄膜進行可見光透過譜分析，合成的聚苯胺具有較高光潔度和光學(xué)透過率，有望用于醫(yī)療及保健領(lǐng)域，例如在康復(fù)治療時在不妨礙患者活動的情況下監(jiān)控膝蓋屈伸和手指活動等動作，以及家用機器人友好傳感皮膚等領(lǐng)域。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其制備方法簡單，原理可靠，制備的傳感器透明，柔韌性好，不易破碎，對環(huán)境要求低，靈敏度高，成本低，環(huán)境友好。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明涉及的聚苯胺納米薄膜的掃描電鏡SEM照片。