[發(fā)明專利]一種石墨烯基應(yīng)變傳感薄膜及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611071293.8
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN106643460B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張東;李苗苗
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學(xué)
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

本發(fā)明涉及一種石墨烯基應(yīng)變傳感薄膜及其制備方法和應(yīng)用，該應(yīng)變傳感薄膜是由上、下乳液涂層和中間的石墨烯涂層組成的復(fù)合涂層薄膜，薄膜的兩端連接有導(dǎo)線，上、下乳液涂層由丙烯酸酯乳液聚合物制備得到，石墨烯涂層由石墨烯分散液制備得到。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可在任意形狀基底上作業(yè)，方法簡單、成本低廉；使用石墨烯分散液作為原料，直接利用石墨烯電學(xué)、力學(xué)性能，簡化工藝流程；噴涂乳液涂層，有效保護石墨烯涂層不被破壞，延長應(yīng)變傳感薄膜的使用壽命，提高應(yīng)變傳感薄膜的重復(fù)使用性和耐候性，同時由于所使用的聚合物乳液成膜后具有較高的透明度，不會對應(yīng)變傳感薄膜的外觀產(chǎn)生不良影響；應(yīng)變傳感薄膜的敏感度可根據(jù)需要任意設(shè)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石墨烯納米材料領(lǐng)域，尤其是涉及一種石墨烯基應(yīng)變傳感薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

應(yīng)變傳感器是測量物體受力變形所產(chǎn)生應(yīng)變的一種功能型器件，在損傷探測和結(jié)構(gòu)監(jiān)測等方面有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的應(yīng)變傳感器主要是利用金屬材料或半導(dǎo)體材料的幾何形變以及壓阻效應(yīng)制備而來。然而傳統(tǒng)應(yīng)變傳感器的科技水平在過去的幾十年里都沒能實現(xiàn)重大突破。傳統(tǒng)應(yīng)變傳感器自身存在缺陷，如韌性較差，以及在大應(yīng)變、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的監(jiān)測等方面的應(yīng)用越來越不能滿足人們的需求，因此高敏感、低成本、可便捷使用的應(yīng)變傳感器的研制十分必要。

石墨烯是目前世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光，導(dǎo)熱系數(shù)高達5300W/(m·K)，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000/(Vcm²/(V·s)，比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只有約10^-5Ω·cm，比銅和銀更低，目前為世上電阻率最小的材料。因為它的電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出導(dǎo)電速度更快、更薄的新一代電子元件或晶體管，優(yōu)異的導(dǎo)電性能和室溫量子霍爾效應(yīng)(Hall effect)及室溫鐵磁性等特殊性質(zhì)，使石墨烯成為傳感器件的寵兒。

受限于當前制備工藝，很難獲得大面積連續(xù)的單片石墨烯薄膜。利用機械剝離法獲得的單片石墨烯橫向尺寸僅達幾百微米，即使是化學(xué)氣相沉積法(Chemical VaporDeposition，CVD)也僅只能制備出厘米級的單片石墨烯薄膜，這個數(shù)量級的石墨烯薄膜在很多潛在應(yīng)用領(lǐng)域都無法直接使用，極大限制了石墨烯的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)應(yīng)用，且在不規(guī)則形狀的基底(混凝土、水泥、玻璃、鋼鐵等)上不便于將石墨烯薄膜噴涂，石墨烯涂層容易被破壞，使用壽命短，重復(fù)使用性和耐候性比較差。

中國專利CN 104406513 A公開了一種石墨烯基表面應(yīng)變傳感器的制備方法，包括：(1)配制氧化石墨烯分散液；(2)將氧化石墨烯分散液噴射在基板上，形成氧化石墨烯薄膜；(3)對氧化石墨烯薄膜進行化學(xué)還原或紫外光照射，形成石墨烯薄膜；(4)在石墨烯薄膜的兩端，用導(dǎo)電膠接入兩根銅電極，在兩電極間連接歐姆表；(5)在石墨烯薄膜上繼續(xù)噴涂或刷涂高分子溶液，形成高分子乳膠膜。但該方法制得的種石墨烯基表面應(yīng)變傳感器，在基底和石墨烯層之間沒有乳液層，石墨烯納米片堆積不緊密，石墨烯納米片容易從基底上脫落。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題而提供一種石墨烯基應(yīng)變傳感薄膜及其制備方法和應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模、低成本制備高敏感的應(yīng)變傳感薄膜，解決與待檢測物的界面接觸性的難題。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種石墨烯基應(yīng)變傳感薄膜，該應(yīng)變傳感薄膜是由上、下乳液涂層和中間的石墨烯涂層組成的復(fù)合涂層薄膜，薄膜的兩端連接有導(dǎo)線，所述的上、下乳液涂層是由丙烯酸酯乳液聚合物噴涂制備得到，所述的石墨烯涂層由石墨烯分散液噴涂制備得到。

所述的上乳液涂層的厚度為0.1-1.5mm，下乳液涂層的的厚度為0.1-1.5mm，石墨烯涂層的厚度為0.5-20μm。

所述的導(dǎo)線為銅線，所述的導(dǎo)線通過導(dǎo)電膠與石墨烯涂層復(fù)合。

所述的導(dǎo)電膠采用導(dǎo)電銀漿或石墨填充型導(dǎo)電膠。