[發明專利]用于應變和/或壓力傳感的可自愈、可拉伸的導電性高分子復合物的制備方法

有效

• 申請號: 201710649613.1
• 申請日: 2017-08-01
• 公開（公告）號: CN107418111B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 徐航勛;汪韜
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C08L33/02
• 分類號: C08L33/02;C08L29/04;C08L25/18;C08L79/02;C08K5/52;C08J5/18;C08G73/02;G01L1/16;G01L9/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 牛海軍

本發明提供一種用于制備導電性高分子復合物的方法，所述方法包括將苯胺、任選的植酸、側鏈含有選自羥基、羧基和磺酸基中的一種或多種的水溶性聚合物、自由基聚合引發劑以及溶劑混合并進行聚合反應。本發明還提供一種用于應變和/或壓力傳感的導電性高分子復合物膜的制備方法。根據本發明的方法制備的導電性高分子復合物具有良好的可自愈性、力學性質和電學性質。并且，根據本發明的方法制備的導電性高分子復合物膜在用于應變傳感器或壓力傳感器時在自愈前后均具有優秀的傳感靈敏度以及實際監測傳感能力。

技術領域

本發明涉及力學傳感器技術領域，具體而言，本發明提供一種用于制備導電性高分子復合物的方法以及一種用于應變和/或壓力傳感的導電性高分子復合物膜的制備方法。

背景技術

人體皮膚是人體感應周圍環境的重要器官，如何仿生出人體皮膚的傳感能力得到可應用于人機交互、柔性機器人、可穿戴設備、假肢修復和人工智能等領域的電子皮膚具有重要的實際意義。其中，電子皮膚領域的一個重要組成部分是力學傳感器，如何實現電子皮膚將外界的刺激(比如：壓力、應變、震動、濕度、溫度等)轉化為電信號的變化是科研工作者的研究重點。此外，相對于人體皮膚的傳感能力，人體皮膚還具有優異的力學性質(低模量、高拉伸性)以及可重復自愈功能。目前為止，如何仿生出像人體皮膚的電子皮膚-既可以高效實現外界刺激的感知傳感，同時具有優異的延展性、自愈性的材料是限制電子皮膚發展的一大瓶頸問題。

現有應用于電子皮膚的力學傳感器可以根據研究重點分為兩大類別，一類是通過微納加工等技術設計力學、電學結構，將外界刺激轉化為電阻，電容等信號變化，一般使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為彈性體，使用金屬層或者導電碳材料等作為導電體。此類傳感器制造成本高、工藝復雜、延展性差以及不具備可自愈功能等缺點，限制了其在電子皮膚領域的應用；另一類是利用導電高分子彈性體作為傳感器中的功能層，利用導電高分子在外界力學作用下的形變，實現力學信號轉化為電阻或電容的變化。由于導電高分子本身具有優秀的力學性能，以及具有自愈功能的潛力，這類材料被視為解決電子皮膚材料問題的主要方向。現有報道的用于力學傳感器的導電高分子雖然滿足了延展性和導電性的要求，但是依然沒有有效地把導電高分子的自愈功能引入到電子皮膚領域。英國《自然·納米科技》(NatureNanotechnology，2012年第7卷第825頁)第一次報道了使用納米鎳球混合可自愈高分子得復合材料制備可以感應壓力、彎曲變化的力學傳感器。但是由于納米鎳破壞了高分子鏈的聚集態結構，大幅度地降低了材料的延展性，使得其最大斷裂應變只有30％，而且壓敏性能較差，難以滿足人體皮膚大應變的需求。

因此，開發出一種制備具有優良可自愈性并且具有優良力學性質的導電性高分子復合物的方法具有重要的意義。

發明內容

從以上闡述的技術問題出發，本發明的目的是提供一種用于應變和/或壓力傳感的導電性高分子復合物膜的制備方法。根據本發明的方法制備的導電性高分子復合物具有良好的可自愈性、優良的力學性質和電學性質。

本發明人經過深入細致的研究，完成了本發明。

根據本發明的一個方面，提供了一種用于制備導電性高分子復合物的方法，所述方法包括將苯胺、任選的植酸、側鏈含有選自羥基、羧基和磺酸基中的一種或多種的水溶性聚合物、自由基聚合引發劑以及溶劑混合并進行聚合反應。

根據本發明的某些優選實施方案，其中基于所述苯胺、植酸、側鏈含有選自羥基、羧基和磺酸基中的一種或多種的水溶性聚合物、自由基聚合引發劑以及溶劑的總重量，苯胺的量為0.7-5.6重量％；植酸的量為0-32.5重量％；所述側鏈含有選自羥基、羧基和磺酸基中的一種或多種的水溶性聚合物的量為7.1-26.3重量％；所述自由基引發劑的量為0.7-5.6重量％；并且所述溶劑的量為46.5-89.2重量％。

根據本發明的某些優選實施方案，其中所述側鏈含有選自羥基、羧基和磺酸基中的一種或多種的水溶性聚合物選自下列各項中的一種或多種：聚丙烯酸及其鹽、聚乙烯醇、聚苯乙烯磺酸及其鹽、羥甲基纖維素和羧甲基纖維素。