[发明专利]基于小球改性的高阻变氧化还原石墨烯材料及其制备方法

说明书

本发明属于柔性压力传感器领域，提供一种基于小球改性的高阻变氧化还原石墨烯材料及其制备方法；所述材料由氧化石墨烯掺杂聚乙烯纳米小球形成，其中，所述聚乙烯纳米小球的尺寸为直径90nm～2000nm，掺杂浓度为：质量比，1.56～12.5％。本发明将聚乙烯纳米小球(PS小球)掺进RGO薄膜中，聚乙烯纳米小球作为绝缘体引入，从而改变RGO碎片堆叠的结构，在同等的应变条件下，掺杂后的RGO的电阻变化将会变大，显示出很好的阻变特性；基于本发明RGO薄膜形成的传感器也就拥有更高的灵敏度(7～250)，远远大于常规RGO传感器；同时还能够通过调节掺杂PS小球的尺寸及浓度实现应变检测范围的调节。

技术领域

本发明属于柔性压力传感器领域，涉及用于柔性压力传感器的氧化还原石墨烯材料，具体为一种基于小球改性的高阻变氧化还原石墨烯材料及其制备方法。

背景技术

随着信息社会的发展，人们对周边环境信息的采集深度与广度不断提升，柔性压力传感器得到越来越广泛的应用，对柔性材料的需求越来越高。石墨烯，由于其特殊的无悬挂键结构，让二维层状材料具备了优异的力、杨氏模量高达1TPa，同时其断裂强度也达到了150GP a，是一种良好的敏感材料。还原氧化石墨烯(简称RGO)是一种用于制作压阻传感器的碳基材料，它的无毒，易制作，操作简便等特点使得其可以很好的应用在人体的特定部位。一般来说，对于基于RGO的应变传感器有两种电阻变化机制。其一，研究表明一定应变条件下的石墨烯的电学和光学特性会发生变化，原因在于两个碳原子之间的晶格对称性会被应力破坏，从而使得石墨烯的能带间隙被打开，从而使得石墨烯通道的电阻增加；通过计算石墨烯的狄拉克点的偏移量和费米速度的减少量可知这种类型的石墨烯应变传感器的应变探测下限仅仅能达到6％；由此可知，单纯基于RGO的应变传感器不适用于需要对小应变很灵敏的可穿戴医疗健康监控方向。其二，将RGO碎片堆叠在一起可以形成一个导电网络，碎片之间的连接会在应变的情况下产生部分的分离，从而导致阻变；重要的是，这个过程可以是逆向的，当应变消失时，电阻值会恢复到原来的值；Jieshan Qiu et al.将制备好的RGO与纺织物混杂在一起嵌入到PDMS(柔性基底)中，得到的薄膜具有很好的延展性从而使得基于此材料制备出来的传感器具有很好的拉伸性能；由于RGO形成的导电网络中的导电通道连接性很好，所制备出来的传感器只能适用于很大的应变条件而不能识别人体皮肤表面所产生的比较复杂的微弱应变信号。

由此可见，现有GRO应变传感器的灵敏度和检测范围有待进一步提高，而其核心在于还原氧化石墨烯材料的改性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于小球改性的高阻变氧化还原石墨烯材料及其制备方法，用于进一步提高GRO应变传感器的灵敏度、有效调节GRO应变传感器的检测范围；为实现该目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于小球改性的高阻变氧化还原石墨烯材料，其特征在于，所述材料由氧化石墨烯掺杂聚乙烯纳米小球形成，其中，所述聚乙烯纳米小球的尺寸为直径90nm～2000nm，掺杂浓度为：质量比，1.56～12.5％。

上述基于小球改性的高阻变氧化还原石墨烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，将氧化石墨烯研磨为氧化石墨烯粉末，倒入去离子水中，得到氧化石墨烯水溶液；然后，将聚乙烯纳米小球溶液倒入氧化石墨烯水溶液中，磁力搅拌30～40分钟，得氧化石墨烯掺杂聚乙烯纳米小球的混合分散液，旋涂成膜后用激光还原即可得基于小球改性的高阻变氧化还原石墨烯材料。