[發(fā)明專利]高靈敏度網(wǎng)狀石墨烯/彈性體應(yīng)變傳感器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710797307.2
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107504893B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈紅兵;張旭敏;王經(jīng)逸;殷標(biāo);尹清;陳楊;薛曉東;喬旭;溫彥威
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;G01B1/00;C01B32/194;C01B32/184
• 代理公司: 32203 南京理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 劉海霞

本發(fā)明公開了一種高靈敏度網(wǎng)狀石墨烯/彈性體應(yīng)變傳感器及其制備方法。所述方法首先超聲制備氧化石墨烯分散液，再以脫脂棉繃帶作為模板，利用真空抽提工藝，將氧化石墨烯緊密包覆在脫脂棉纖維上，并利用梯度變溫技術(shù)，制備網(wǎng)狀石墨烯，最后將網(wǎng)狀石墨烯與彈性體乳液復(fù)配固化獲得高靈敏度網(wǎng)狀石墨烯/彈性體應(yīng)變傳感器。本發(fā)明的網(wǎng)狀石墨烯/彈性體應(yīng)變傳感器，其制備方法條件溫和，成本低廉，可重復(fù)性高，應(yīng)變傳感器具有優(yōu)良形變能力，并且靈敏度高，能感應(yīng)微小應(yīng)變，用于可穿戴電子設(shè)備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于應(yīng)變傳感器制備的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高靈敏度網(wǎng)狀石墨烯/彈性體應(yīng)變傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

應(yīng)變傳感器是一種基于測量物體受力變形所產(chǎn)生的應(yīng)變的功能型器件，相比傳統(tǒng)的基于金屬和半導(dǎo)體材料應(yīng)變傳感器，柔性應(yīng)變傳感器克服了材料堅(jiān)硬的缺點(diǎn)，具有超薄、超輕、柔韌、拉伸性、靈敏性和可穿戴性等特點(diǎn)，同時表現(xiàn)出較好的生物相容性和連續(xù)檢測的優(yōu)勢。

石墨烯，是由碳原子以sp²雜化軌道組成六角形呈蜂巢晶格的二維單層片狀結(jié)構(gòu)，具有超高表面積、優(yōu)越的機(jī)械柔性、透光率高、載流子遷移率高、良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在納米電子器件領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值和廣闊的應(yīng)用前景，特別是在應(yīng)變傳感領(lǐng)域，能夠賦予柔性應(yīng)變傳感器的優(yōu)異的特性。在拉伸過程中，石墨烯結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，并且在結(jié)構(gòu)變形過程中其電阻的變化和應(yīng)變存在相應(yīng)的線性關(guān)系，決定了石墨烯可應(yīng)用在應(yīng)變傳感領(lǐng)域。目前傳感器上應(yīng)用的石墨烯主要是用CVD法制備的，該類石墨烯基傳感器具有較高的敏感度，但CVD法的制備工藝復(fù)雜、成本高、生產(chǎn)周期長，很難實(shí)現(xiàn)后續(xù)傳感器的大規(guī)模應(yīng)用。另外在實(shí)際應(yīng)用過程中該石墨烯基應(yīng)變傳感器與待檢測物接觸界面容易分離，難以滿足實(shí)際的應(yīng)用需求。另一類傳感器是利用石墨烯與高分子物質(zhì)進(jìn)行直接共混，從而制備石墨烯基應(yīng)變傳感器。但是由于高分子物質(zhì)熔點(diǎn)高，粘度大，石墨烯與高分子物質(zhì)共混過程較為困難，成本高，得到的傳感器靈敏度低，而且沒能有很好的手段進(jìn)行規(guī)模化放大(Jeong,Y.R.,etal.Highly Stretchable and Sensitive Strain Sensors Using FragmentizedGraphene Foam.Adv.Funct.Mater.2015,25,4228-4236；Qin,Y.,et al.Lightweight,Superelastic,and Mechanically Flexible Graphene/Polyimide Nanocomposite Foamfor Strain Sensor Application.ACS Nano 2015,9,8933-8941；Yao,H.B.,etal.Flexible and Highly Pressure-Sensitive Graphene-Polyurethane Sponge Basedon Fractured Microstructure Design.Adv.Mater.2013,25,6692-6698.)。不僅如此，目前的柔性傳感性無法兼顧微弱振動及大形變的傳感響應(yīng)，有的受到敏感材料的限制，所用結(jié)構(gòu)易破壞，形變范圍較小，僅能檢測微小形變或者振動；有的能探測大應(yīng)變的傳感器，但是在測試微弱應(yīng)變時靈敏系數(shù)較低，難以實(shí)現(xiàn)精確檢測。

因此，有必要利用簡單的生產(chǎn)技術(shù)，制備一種具有高靈敏性的柔性應(yīng)變傳感器，以同時實(shí)現(xiàn)對微弱振動及大形變的精確監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)良形變能力和較高電阻應(yīng)變靈敏系數(shù)的高靈敏度網(wǎng)狀石墨烯/彈性體應(yīng)變傳感器及其制備方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下：

高靈敏度網(wǎng)狀石墨烯/彈性體應(yīng)變傳感器的制備方法，具體步驟如下：

步驟1，制備氧化石墨烯分散液：將氧化石墨烯超聲分散在水中，超聲頻率為40～100kHz，得到單片分散的氧化石墨烯分散液；