[发明专利]石墨烯导电弹性体及其制备方法以及传感器

说明书

本发明公开了一种石墨烯导电弹性体，包括弹性基体及石墨烯三维网络结构，所述弹性基体中具有孔洞，所述孔洞之间的连通率为30％～80％，所述石墨烯三维网络结构填充在所述孔洞中，所述石墨烯三维网络结构中的石墨烯至少部分为本征石墨烯或经还原后的氧化石墨烯。本发明还公开了一种石墨烯导电弹性体的制备方法。本发明还公开了一种传感器。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及石墨烯导电弹性体及其制备方法以及传感器。

背景技术

导电弹性体是柔性电子传感器的核心材料单元。柔性电子传感器具有灵敏度高、响应迅速、可穿戴性及多功能性等特点，被广泛应用于压力传感器、电子皮肤、可穿戴设备和医疗诊断等领域。石墨烯是一种由sp2碳原子构成的二维材料，具有优异的导电性、柔韧性、机械性能及稳定性，这些特性使石墨烯成为制备柔性电子传感器的理想基础功能材料。

目前制备石墨烯导电弹性体的主要方法是将石墨烯形成传感层，然后将石墨烯传感层直接叠加在弹性体层表面，最终形成具有弹性的石墨烯传感材料。但该类型的传感器一般适用于检测较大的形变，对于微小形变的感应较差，检测范围受限且灵敏度低，限制了其应用范围。

发明内容

基于此，有必要针对传统的导电弹性体对于微小形变的感应较差，检测范围受限且灵敏度低的问题，提供一种石墨烯导电弹性体及其制备方法以及传感器。

一种石墨烯导电弹性体，包括弹性基体及石墨烯三维网络结构，所述弹性基体中具有孔洞，所述孔洞之间的连通率为30％～80％，所述石墨烯三维网络结构填充在所述孔洞中，所述石墨烯三维网络结构中的石墨烯至少部分为本征石墨烯或经还原后的氧化石墨烯。

在其中一个实施例中，所述弹性基体为类海绵状结构。

在其中一个实施例中，所述石墨烯三维网络结构为气凝胶结构。

在其中一个实施例中，所述弹性基体中的所述孔洞的孔隙率为60％～90％。

在其中一个实施例中，单个所述孔洞的平均孔径为50μm～500μm。

在其中一个实施例中，所述弹性基体中的弹性基体材料选自硅橡胶、天然橡胶、聚二甲基硅氧烷、丙烯酸酯弹性体、聚氨酯弹性体、丁腈橡胶、亚乙烯基氟化三氟乙烯、乙烯醋酸乙烯酯橡胶、氯化聚乙烯橡胶及聚酰胺橡胶中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述弹性基体中除具有所述弹性基体材料外，还具有分散在所述弹性基体中的导电材料，所述导电材料与所述弹性基体材料的质量比为(2～20):100。

在其中一个实施例中，所述导电材料选自碳材料、金属材料和导电聚合物中的一种或多种。

一种所述的石墨烯导电弹性体的制备方法，包括：

提供所述弹性基体，所述弹性基体中具有至少部分相互连通的孔洞；

将所述弹性基体浸入装有石墨烯水分散液的模具中进行冷冻成型，得到弹性基体石墨烯冷冻冰状复合结构；以及

将所述弹性基体石墨烯冷冻冰状复合结构在-200℃～-40℃下进行冷冻干燥使所述相互连通的孔洞中的所述石墨烯冷冻冰状结构形成石墨烯气凝胶三维网络结构。

在其中一个实施例中，所述石墨烯水分散液中的石墨烯为氧化石墨烯，所述石墨烯水分散液中还包括还原剂，所述还原剂用于将所述氧化石墨烯还原。

在其中一个实施例中，所述氧化石墨烯在所述石墨烯水分散液中的浓度为2mg/mL～20mg/mL，所述还原剂的浓度为所述氧化石墨烯的0.5倍～2倍。

在其中一个实施例中，提供所述弹性基体的步骤包括：

将液态弹性基体材料和致孔剂颗粒混合得到弹性基体浆料，所述致孔剂颗粒不溶于所述弹性基体浆料；