[發明專利]一種多孔碳膠囊基/聚二甲基硅氧烷復合柔性膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110448343.4
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN112980022B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 慕春紅;婁帥;郭新鵬;劉澤軍;李雨哲;寧婧;簡賢;尹良君
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L83/04;C08K7/24;G01B7/16
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李林合

本發明公開了一種多孔碳膠囊基/聚二甲基硅氧烷復合柔性膜及其制備方法和應用，該制備方法主要包括將催化劑與碳源氣體在高溫條件下制得碳包覆催化劑，然后于酸性溶液中反復洗滌得到空心多孔結構的碳膠囊，并將其與輔助造孔劑混合研磨后制得混合粉體，并將混合粉體篩分于聚二甲基硅氧烷濕膜表面，經固化后再浸于水溶液中，最終制得多孔碳膠囊基/聚二甲基硅氧烷復合柔性膜；該柔性膜可被應用于柔性應變傳感器中，可實現小范圍高靈敏的應變捕捉，在0?20％的應變條件下最大可達到150.7的靈敏度，在未來的電子皮膚及可穿戴電子設備領域具有潛在應用價值。

技術領域

本發明涉及柔性材料和傳感器技術領域，具體涉及到一種多孔碳膠囊基/聚二甲基硅氧烷復合柔性膜及其制備方法和應用。

背景技術

隨著柔性電子技術的不斷進步，各種各樣的柔性電子器件逐漸進入了人們的生活，并成為了人類生活中不可或缺的一部分，無論是可穿戴電子設備、電子皮膚、假肢，還是人機交互界面，柔性電子器件已經應用于生活中的各個角落。在諸多的柔性電子器件中，柔性傳感器逐漸作為柔性電子器件的主要分支逐漸成為了科學家們的研究熱點。柔性傳感器不僅能依附于各種形狀的表面，而且能將外來的物理信號轉變為電信號，進一步通過對電信號進行監測分析，從而得到外來物理信號的相關信息。

在諸多種類的柔性傳感器中，柔性應變傳感器由于其在諸多領域的潛在應用逐漸成為國內外研究團隊的研究熱點。目前，碳基材料(如石墨烯、碳納米管等)由于其較好的電學、力學性能，常常被用作組成柔性應變傳感器的導電網絡，然而為實現導電網絡在變形條件下產生更大的電阻變化，需針對導電網絡的微觀結構進行設計。石墨烯材料在組成導電網絡時，在拉伸應變條件下，相鄰石墨烯片將發生滑移，從而產生電阻變化；碳納米管材料組成的導電網絡在延展狀態下電阻也會變大，但實現高靈敏的應變檢測始終是柔性應變傳感器的面臨的難題。

發明內容

針對上述不足或缺陷，本發明的目的是提供一種多孔碳膠囊基/聚二甲基硅氧烷復合柔性膜及其制備方法和應用，可有效解決現有柔性應變傳感器靈敏度低的問題。

為達上述目的，本發明采取如下的技術方案：

本發明提供一種多孔碳膠囊基/聚二甲基硅氧烷復合柔性膜的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟1：將催化劑置入反應容器內，然后通入碳源氣體，于600℃～800℃溫度下反應20～50分鐘，制得碳包覆催化劑；

步驟2：將步驟1所得的碳包覆催化劑于酸性溶液中洗滌，制得空心多孔結構的碳膠囊；

步驟3：將步驟2所得的碳膠囊與輔助造孔劑分散于去離子水中，剪切攪拌，蒸發，干燥，研磨，制得輔助造孔劑與碳膠囊的混合粉體；

步驟4：將聚二甲基硅氧烷涂敷于玻璃片，固化，制得聚二甲基硅氧烷柔性基底膜；

步驟5：在聚二甲基硅氧烷柔性基底膜上繼續涂敷一層聚二甲基硅氧烷濕膜，并將步驟3所得的混合粉體篩分于聚二甲基硅氧烷濕膜表面，固化，制得碳膠囊基/聚二甲基硅氧烷復合柔性膜；

步驟6：將步驟5所得的碳膠囊基/聚二甲基硅氧烷復合柔性膜浸于水溶液中，并將碳膠囊基/聚二甲基硅氧烷復合柔性膜從玻璃片表面剝離，干燥，制得多孔碳膠囊基/聚二甲基硅氧烷復合柔性膜。

進一步地，步驟1中的催化劑為氧化鋅。

進一步地，步驟1中的碳源氣體為乙炔。

進一步地，步驟1中的溫度為650℃，時間為30分鐘。

進一步地，步驟2中的酸性溶液并不作具體限定，可為稀硝酸溶液、稀鹽酸溶液等。

進一步地，步驟3中輔助造孔劑與碳膠囊的質量比為10～40:1，優選為10:1。

進一步地，步驟3中的輔助造孔劑為氯化鈉。