[發(fā)明專利]一種用于應變傳感器的石墨烯/海藻酸鈉/碳納米管復合彈性氣凝膠及其制備方法

有效

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• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107456928B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設計）人: 鐘明峰;吳文剛;張志杰;張騰飛
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00;G01B21/32
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發(fā)明公開了一種用于應變傳感器的石墨烯/海藻酸鈉/碳納米管復合彈性氣凝膠及其制備方法。本發(fā)明方法基于構建纖維增強復合以及采用碳納米管增加傳感靈敏性的思路，將石墨烯、海藻酸鈉以及碳納米管混合形成氣凝膠后，在H₄N₂·H₂O蒸汽氣氛中進行還原反應，制備得到所述用于應變傳感器的石墨烯/海藻酸鈉/碳納米管復合彈性氣凝膠。本發(fā)明的氣凝膠具有高機械耐久性、良好彈性、結構連續(xù)性以及高靈敏度，通過控制氧化石墨烯、海藻酸鈉以及碳納米管配比的比例，控制了氣凝膠的孔結構的規(guī)則度，形成了較為規(guī)則的網絡，從而調控了氣凝膠的機械性能，以及電阻變化響應性能；同時通過水合肼蒸汽的充分還原，使制備的氣凝膠具有疏水性能。

技術領域

本發(fā)明屬于應變傳感器材料領域，具體涉及一種石墨烯/海藻酸鈉/碳納米管復合彈性氣凝膠及其制備方法。

背景技術

高彈性應變傳感器由于其在結構健康檢測、電子皮膚、可伸縮的太陽能電池以及壓力分布分析等方面的應用，已經成為了人們研究的一個熱點。迄今為止，彈性應變傳感器一般通過使用炭黑、碳納米管、石墨烯、納米線、納米顆粒以及它們的復合納米結構組織來制造。如Gong Shu， Schwalb Willem等人通過將超薄金納米線浸漬的薄紙夾在兩個薄的聚二甲基硅氧烷片之間，構建出高靈敏度，靈活的壓力傳感器（Gong S, Schwalb W, Wang Y,et al. A wearable and highly sensitive pressure sensor with ultrathin goldnanowires[J]. Nature Communications, 2014, 5(2):3132.）。Darren J. Lipomi等人報告了一種透明的，導電的單層碳納米管的噴涂膜，可以通過沿著每個軸施加應變來拉伸，然后釋放該應變。該方法在納米管中產生類似彈簧的結構，其容納高達150％的應變（Vosgueritchian M, Lipomi D J, Bao Z. Highly Conductive and TransparentPEDOT:PSS Films with a Fluorosurfactant for Stretchable and FlexibleTransparent Electrodes[J]. Advanced Functional Materials, 2012, 22(2):421-428.）。

具有超低密度和快速恢復變形率的多孔石墨烯氣凝膠材料是制造具有優(yōu)良電子傳導性能和機械性能的應變傳感器的首選材料之一。然而由于石墨烯的π-π鍵特性以及范德華力的作用，石墨烯片層總是趨向于形成不可逆的團聚體，這導致了大多數(shù)石墨烯氣凝膠易破裂的機械性能。例如：在進行壓縮測試時，氣凝膠往往會發(fā)生結構的坊塌或嚴重的不可逆形變。造成這一現(xiàn)象的原因可能是由于在誘導組裝過程中，石墨稀片層之間嚴重堆疊造成的。

盡管目前已研究的氣凝膠表現(xiàn)出所需的一定的導電性，有的也有一定的機械穩(wěn)定性能，然后兩者緊密聯(lián)系，同時兼顧，則較為不易。還有一些關鍵問題仍有待解決。 例如，這些報告的制備過程通常很復雜，電阻不穩(wěn)定，循環(huán)變形如壓縮，彎曲，拉伸或變化扭轉大大限制了混合氣凝膠的實際應用。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供了一種用于應變傳感器的石墨烯/海藻酸鈉/碳納米管復合彈性氣凝膠。該氣凝膠具有高機械耐久性、具有良好疏水性、良好彈性、結構連續(xù)性以及高靈敏度，在應變傳感器材料中具有廣闊的應用前景。

本發(fā)明的目的還在于提供所述的一種用于應變傳感器的石墨烯/海藻酸鈉/碳納米管復合彈性氣凝膠的制備方法。該方法基于構建纖維增強復合以及采用米管增加傳感靈敏性的思路，將石墨烯、海藻酸鈉以及碳納米管混合形成氣凝膠后，在H₄N₂·H₂O蒸汽氣氛中進行還原反應，制備得到所述用于應變傳感器的石墨烯/海藻酸鈉/碳納米管復合彈性氣凝膠。