[發明專利]一種利用高內相乳液法制備柔性應變傳感器的方法

在審

• 申請號: 202210495559.0
• 申請日: 2022-05-08
• 公開（公告）號: CN114736520A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 向東;劉周宇;孫浩銘;武元鵬;李振宇;趙春霞;李輝;王犁;李云濤
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: C08L83/04
• 分類號: C08L83/04;C08K3/04;C08J9/28
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本發明公開了一種利用高內相乳液法制備多孔柔性應變傳感器的方法，包括以下步驟：將活性碳材料加入裝有去離子水的燒瓶中，超聲分散1h；將聚二甲基硅氧烷以及其固化劑用注射器加入到碳納米粒子溶液中，得到聚二甲基硅氧烷的高內相乳液。將高內相乳液置于模具中，放入真空干燥箱中真空消泡，再放入鼓風干燥箱中固化、干燥，得到三維多孔的彈性體。將彈性體綁上導線接上電極，即三維多孔柔性應變傳感器。本發明直接在聚合物基體上構建多孔結構，不僅使碳納米粒子在基體中有效分散，降低了導電聚合物的逾滲閾值，同時構建了高效的導電網絡結構，制備的傳感器能夠檢測3％的微小應變，這種制備方法簡單高效，低碳環保，沒有“三廢”需要處理。

技術領域

本發明涉及一種利用高內相乳液法制備柔性應變傳感器的方法，屬于傳感器制備領域。

背景技術

應變傳感器是一種可以將機械形變轉變為電信號的電子器件。傳統的應變傳感器大多數是基于金屬或半導體材料，但由于其可工作應變范圍小、穿戴體驗效果差在可穿戴傳感器方面的發展受阻。目前有相關報道已經將導電活性納米材料(炭黑、碳納米管、石墨烯)引入到聚合物基體制備柔性傳感器來克服傳統應變傳感器的缺點。目前的柔性應變傳感器的制備方法普遍存在著一些問題，例如(1)制備一些具有復雜結構的柔性應變傳感器步驟繁雜、周期冗長。(2)制備過程中會使用一些有毒有害的有機溶劑(3)傳統的采用高內相乳液法制備柔性應變傳感器都是以高內相乳液法制備多孔模板，再利用浸漬等方法制備柔性應變傳感器，都存在著模板去除等一系列問題。

基于以上這些問題，采用高內相乳液法直接一步制備柔性應變傳感器。將聚二甲基硅氧烷和去離子水持續攪拌，可以直接得到聚二甲基硅氧烷與水的高內相乳液，其次將導電活性碳材料分散在高內相乳液中，在水相的擠壓下均勻分布在基體中，固化、干燥后就可以得到多孔的柔性應變傳感器。還可以通過纖維、織物或其他可穿戴配件與人體結合，用于監測人體的生理體征用于醫療診斷、健康監測等方面。

發明內容

本發明主要是克服現有技術中的不足之處，提出一種利用高內相乳液法制備柔性應變傳感器的方法，該方法不僅能有效的將活性碳納米材料分散在聚合物基體里，而且還能構建多孔的微觀結構，有效降低材料的逾滲閾值以及提高了材料的傳感性能。

本發明解決上述技術問題所提供的技術方案是：一種利用高內相乳液法制備多孔柔性應變傳感器的方法，包括以下步驟：

(1)將碳納米粒子加入裝有去離子水的燒瓶中，將燒瓶放入超聲清洗機中，超聲分散。

(2)將聚二甲基硅氧烷以及其固化劑用注射器加入到碳納米粒子溶液中，在磁力攪拌器中持續攪拌，得到聚二甲基硅氧烷的高內相乳液。

(3)將步驟(2)所得的高內相乳液置于模具中，放入真空干燥箱中真空消泡，再放入鼓風干燥箱中固化、干燥，得到三維多孔的彈性體。

(4)將彈性體綁上導線接上電極，即三維多孔柔性應變傳感器。

進一步的技術方案是，所述步驟(1)中活性碳材料為導電活性納米材料。

進一步的技術方案是，所述導電活性納米材料為碳納米管、石墨烯、炭黑中的任意一種。

進一步的技術方案是，所述活性碳材料為多壁碳納米管，并且多壁碳納米管和聚二甲基硅氧烷的質量比為0.005：1。

進一步的技術方案是，所述步驟(1)中碳納米粒子分散的溶劑是去離子水。

進一步的技術方案是，所述步驟(1)中的去離子水與步驟(2)中的聚二甲基硅氧烷的體積比為8：10。

進一步的技術方案是，步驟(2)中將聚二甲基硅氧烷與去離子水用磁力攪拌機直接攪拌制備成W/O高內相乳液。

進一步的技術方案是，步驟(3)中將聚二甲基硅氧烷乳液置于模具中放入真空干燥箱真空保壓3h，然后將模具密封，65℃固化4h，再將模具敞開，180℃干燥2h。