[發明專利]一種高導電拉伸應變響應材料的制備方法

有效

• 申請號: 201910167019.8
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109912960B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 王標兵;沈業鵬;羅鐘琳
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C08L75/04
• 分類號: C08L75/04;C08K3/04;C08J5/18
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 謝新萍

本發明公開了一種高導電拉伸應變響應材料的制備方法，屬于半導體傳感器材料技術領域。首先制備碳納米管/石墨烯雜化材料，然后通過均質機和超聲震蕩將碳納米管/石墨烯均勻分散在高分子材料的溶液中，最后可通過溶液澆注成膜或浸涂的方法制備碳納米管@石墨烯/高分子納米復合材料，即高導電拉伸應變響應材料。本發明制備的材料具有高導電性，較好的柔性，良好的應變響應性能力。本發明制備方法簡單，成本低，適用性強，可用于大規模生產，可在智能皮膚、壓敏傳感器等行業廣泛應用。

技術領域

本發明屬于半導體傳感器材料技術領域，具體涉及一種高導電拉伸應變響應材料的制備方法。

背景技術

石墨烯是由單層碳原子組成的二維納米材料，具有大比表面積、高導電性以及良好的機械性能和其它功能特性。碳納米管作為一維納米材料，具有高長徑比，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多優異的力學、電學和化學性能，具有廣泛的應用。

將導電填料分散到不導電的聚合物基體中制得的導電復合材料，在外力作用下內部的導電通路會發生重構，具有一定的力敏性質。由于其具有良好的柔順性和加工性，而且性能容易調控，聚合物導電復合材料經常被用作柔性力敏傳感器的敏感材料，但現有材料的靈敏度和穩定性等指標還有待進一步提升。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備工藝簡單、可控、低成本、適合大規模生產的導電壓敏材料的制備方法。

本發明將導電填料分散到不導電的聚合物基體中制得的導電復合材料，在外力、形變作用下內部的導電通路會發生重構，由此得到具有一定的應力應變響應性能的材料。本發明制備的高導電拉伸應變響應材料具有高導電性和柔性，其響應為單峰響應模式，信號穩定；制備的導電復合薄膜能在較大應變作用下，仍具有較好的循環應變往復性。

本發明的一種高導電拉伸應變響應材料的制備方法為：

(1)還原氧化石墨烯的制備

將經過膨化處理的膨脹石墨和硝酸鈉按2:1的質量比加入硫酸中，加完后立即轉入冰水浴中攪拌0.5h。然后開始加入高錳酸鉀，其中，高錳酸鉀和石墨的質量比為15:1，在1h內分次加入，每次間隔3min，待到高錳酸鉀全部加完后，反應2h；開始升溫，待溫度升高至35℃，攪拌0.5h，將100ml的去離子水緩慢滴加到三口燒瓶中，加完后繼續攪拌0.5h；調節溫度升高至98℃，攪拌0.5h，在高溫條件下氧化，接著加入400ml預熱的去離子水，加完后再加入20ml的雙氧水，攪拌15min，當其顏色由棕黑色逐漸變為亮黃色時，反應結束，將產物倒入燒杯中加入去離子水中，靜置24h。然后離心洗滌至中性，超聲分散，得到氧化石墨烯水分散液，測得濃度6mg/ml，裝瓶備用。由所測定的氧化石墨烯的濃度，量取氧化石墨烯水分散液加入三口燒瓶中，設置反應溫度為95℃，使用氫氧化鉀調節PH＝10，加入水合肼(比例為加入GO質量的20％)，反應3h。最后抽濾洗滌至中性，置換到所需溶劑當中，超聲分散，得到還原石墨烯分散液，測定濃度6mg/ml，裝瓶備用。

(2)碳納米管@石墨烯/高分子納米復合材料制備

將分散好的還原石墨烯分散液與碳納米管按質量比混合，通過均質機攪拌1h和超聲震蕩器超聲震蕩分散3h，到得分散均一的石墨烯碳納米管雜化材料，向分散均一的雜化材料中加入高分子材料，通過高速乳化和超聲震蕩分散到有機溶劑中得到混合溶液。然后可通過溶液澆注成膜、靜電紡絲或濕法紡絲的方法制備碳納米管@石墨烯/高分子導電壓敏材料。

上述方法制備的高導電拉伸應變響應材料，具有高導電性和壓敏性，響應為單峰響應模式，信號穩定；制備的導電復合薄膜能在較大應變作用下，仍具有較好的循環應變往復性。并且具有優異的成膜性、可紡性及可加工性。

其中步驟(1)中得到的石墨烯為單層、雙層和多層中的一種或其組合物。

其中步驟(2)中碳納米管與石墨烯的質量比為6:1-1:1。