[發明專利]復合導電材料、應變傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010859634.8
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN112097631B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 趙維巍;馮鵬棟
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;C23C14/04;C23C14/34
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 郝文婷

本發明屬于傳感器技術領域，具體涉及一種復合導電材料、應變傳感器及其制備方法。本發明通過將離子液體或液態硅基聚合物與硅橡膠和導電填料進行復合，既可以提高復合導電材料的電導率，且在制作應變傳感器的過程中可以延長硅橡膠的固化時間，便于應變傳感器的生產。此外，本發明還在柔性基底層和導電層之間設置一應變過渡層，具有耗散應變的效果，使本發明所得應變傳感器能夠承受超大范圍拉伸應變，且具有較高的靈敏度和較好的結構穩定性。

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，具體涉及一種復合導電材料、應變傳感器及其制備方法。

背景技術

在可穿戴電子設備、電子皮膚、可植入式生物醫療器械等領域，應變傳感器的柔性和可拉伸性能十分重要。應變傳感器是一種能把感知到的外界拉伸應變轉換為電信號(比如電阻、電容)的設備。目前，應變傳感方面的相關研究已經十分廣泛，比如把剛性的銀納米線、碳納米管、石墨烯、銀納米片晶等導電材料涂覆在平整的或者預應變的彈性聚合物基底上面，但是這種傳感器會出現柔性不好、剛性材料脫落等問題。另外，有科研人員把納米導電材料與彈性聚合物復合，制備出了納米復合導電材料以提升傳感器的柔性，然而這種復合材料能承受的拉伸應變范圍一般都小于0～200％。同時，盡管有少數研究人員把應變范圍擴大到夸張的范圍，但是相應地，所得傳感器的靈敏度(電阻值的變化范圍)太低，且制作過程涉及到的原位合成與還原、通道修復等納米技術過于復雜。因此，尋找一種較為簡單的方法來制造拉伸應變范圍大、靈敏度高的應變傳感器，是亟待解決的難題。

發明內容

本發明的目的是提供一種復合導電材料、應變傳感器及其制備方法，旨在解決現有應變傳感器中存在的拉伸應變范圍小、靈敏度差的技術問題。

為了實現上述發明目的，本發明一方面，提供了一種復合導電材料，其包括如下按照重量百分數計的組分：

離子液體或液態硅基聚合物 1％-10％

導電填料 7.9％-22％

余量為硅橡膠。

本發明另一方面，提供了一種應變傳感器，其包括柔性基底層、應變過渡層和導電層，沿所述柔性基底層至所述導電層的方向，所述柔性基底層、所述應變過渡層和所述導電層依次層疊設置；其中，所述導電層包括導電體，形成所述導電體的材料包括本發明提供的復合導電材料。

本發明再一方面，提供了一種應變傳感器的制備方法，其包括如下步驟：

分別制備柔性基底層、應變過渡層、導電層，所述導電層包括導電體，形成所述導電體的材料包括本發明所述的復合導電材料；

沿所述柔性基底層至所述導電層的方向，將所述柔性基底層、所述應變過渡層和所述導電層依次疊加組裝，得到應變傳感器。

本發明提供的復合導電材料包括硅橡膠、導電填料和離子液體或液態硅基聚合物，其中，硅橡膠作為基體材料，可為導電體提供彈性，使導電體具有良好的拉伸應變性能；導電填料可提升導電體的導電性能。通過將離子液體或液態硅基聚合物與硅橡膠和導電填料進行復合，既可以提高復合導電材料的電導率，還可以延長硅橡膠的固化時間，有利于提升復合導電材料的混合效果，為其在制作應變傳感器的過程中提供充分的時間以制作層狀結構，便于應變傳感器的生產。

本發明提供的應變傳感器，一方面，通過以硅橡膠、導電填料和離子液體或液態硅基聚合物復合的導電材料作為導電層中的導電體材料，既可以提高復合導電材料的電導率，還可以延長硅橡膠的固化時間，有利于提升復合導電材料的混合效果，為其在制作應變傳感器的過程中提供充分的時間以制作層狀結構，便于應變傳感器的生產。另一方面，通過在柔性基底層和導電層之間設置一應變過渡層，具有耗散應變的效果，使導電層即使在大應變條件下也只承受較小的應變，避免導電層發生失效或與其它層部分失去連接甚至分離的問題。本發明通過對應變傳感器的結構和材料做上述的改進，所得應變傳感器能夠承受超大范圍拉伸應變，且具有較高的靈敏度和較好的結構穩定性。