[发明专利]一种复合导电弹性体自修复应变传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合导电弹性体自修复应变传感器及其制备方法，本发明先将氧化石墨烯与富羧基官能团的聚合物材料偶合，再通过L(+)‑抗坏血酸进行还原，制得具有室温快速自修复特性的导电弹性体；然后在弹性体表面制备电极和引线，制得在室温下可快速自修复的应变传感器。由于其内部存在大量的羧基和羟基官能团，可形成大量动态可逆的相互作用，使弹性体能在室温条件下实现无需外界条件的自我修复，而氧化石墨烯提供导电网络结构，赋予弹性体导电性。因此，本发明中的应变传感器具有拉伸性好、灵敏度高、自粘附性、损坏后可室温快速自修复等特点，在柔性电子领域，尤其是电子皮肤和柔性可穿戴设备等领域具有巨大应用前景。

技术领域

本发明属于应变传感器技术领域，特别是属于一种复合导电弹性体自修复应变传感器及其制备方法。

背景技术

近年来，基于有机高分子材料及其导电复合材料的柔性传感器、柔性超级电容器、锂离子电池等取得了较大的研究进展，并初步应用于可穿戴电子、环境监测、医疗保健等领域。尽管如此，在实际应用中，摩擦、碰撞、弯曲等会不可避免地给柔性电子器件带来划痕、折痕、裂纹等机械损伤，而这些损伤可能会引起器件电学性能恶化甚至失效，从而缩短器件使用寿命。对于可穿戴的电子器件来说，微小的裂纹在人体运动过程中会持续扩大，甚至会引起器件的断裂、功能失效。

因此，赋予材料自修复能力，使得材料在损伤发生后，能够恢复其机械强度、导电性、断裂韧性、耐腐蚀性等基本性能，增强设备可靠性、耐用性和功能性，提高了材料的使用寿命，并为这些材料开辟了广阔的应用前景。

目前已有文献及专利涉及到具有自修复功能的应变传感器，但大多是把导电层通过分层的结构和自修复基底相结合的，当传感器遭受较大的破坏乃至完全断裂时，导电层和自修复基底的分层结构会导致材料的修复不彻底，使得传感器的性能将会严重下降甚至失效，同时，目前具有自修复功能的应变传感器大多对修复环境有所要求，严重影响了传感器的实用性。

例如，一种在专利文献上公开的“一种近红外光自修复的柔性传感器及制备方法”其公告号为“CN108912665A”。以及“一种具有自修复能力的应力传感器及其制备方法”其公告号为“CN109974905A”。上述专利文件尽管能够达到应变传感器自修复的目的，但均是将导电层通过分层的结构与自修复机体相结合，在传感器受损修复后，会对其性能造成影响，同时，上述传感器在自修复的过程中，均需处于特定的环境下(前者需处于近红外光的照射，后者需滴加去离子水并加热干燥)才能进行修复，实用性较低。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种具有自修复功能，修复后不会对传感器性能造成影响且能够在室温下自动修复的应变传感器及其制备方法

本发明采用的技术方案如下：

一种复合导电弹性体自修复应变传感器的制备方法，其特征在于：

应变传感器的制备方法包括如下步骤：

步骤一：对氧化石墨烯与聚合物材料进行偶合反应，形成混合溶液；

步骤二：在混合溶液中加入L(+)-抗坏血酸对氧化石墨烯进行还原，得到反应溶液；

步骤三：将反应溶液加热至浓稠状，得到反应浓溶液；

步骤四：将反应浓溶液涂覆至玻璃基板上，在室温下静置固化，形成导电弹性体；

步骤五：将电极材料固设于导电弹性体的两端，将金属引线与电极材料电连接，制成应变传感器。

其中，氧化石墨烯包括单层氧化石墨烯和多层氧化石墨烯，实际使用时通常采用氧化石墨烯粉末或氧化石墨烯纳米片。