[发明专利]一种超薄透明型碳纳米纤维膜柔性应变传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种超薄透明型碳纳米纤维膜柔性应变传感器，其特征在于：包括长方形规整结构的碳纳米纤维膜、第一铜丝、第二铜丝和透明聚氨酯基体，所述第一铜丝的连接端通过导电银胶固定在所述碳纳米纤维膜的左端，所述第二铜丝的连接端通过导电银胶固定在所述碳纳米纤维膜的右侧，所述透明聚氨酯基体包覆所述第一铜丝的连接端、第二铜丝的连接端和所述碳纳米纤维膜，所述透明聚氨酯基体呈“工”字型结构，将所述透明聚氨酯基体分成左基体、连接基体和右基体，则连接基体的长度为10～40mm，所述碳纳米纤维膜的厚度为0.9～3.92μm，宽度为5～10mm，长度为40～70mm，所述碳纳米纤维膜的长度与所述连接基体的长度之差为30mm，所述第一铜丝与所述碳纳米纤维膜的左端端点的距离为5～10mm，所述第二铜丝与所述碳纳米纤维膜的右端端点的距离为5～10mm，所述第一铜丝与所述第二铜丝之间的距离为30～60mm，所述超薄透明型碳纳米纤维膜柔性应变传感器的宽度为25mm，长度为70mm，厚度为80μm～200μm。

2.一种超薄透明型碳纳米纤维膜柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)在高速旋转的滚筒表面包覆锌箔纸，利用单针静电纺丝法，通过控制纺丝时间及接收滚筒的转速获得聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维膜，其中，所述聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维膜中石墨烯的质量分数为1％，所述锌箔纸的厚度为10～25μm，所述纺丝时间为10～45min，所述滚筒的转速为200～1000转/分钟，所述聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维膜的取向度为28.1％～61.7％；

(2)将包含锌箔纸的聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维膜夹持于两个多孔陶瓷片之间，在空气氛围下进行预氧化处理，准备一块石墨板，所述石墨板具有长方形的槽，在所述槽的边沿开设有多个半圆孔，所述半圆孔的深度与所述槽的深度相同，将经过预氧化处理后的包含锌箔纸的碳纳米纤维膜放置于所述槽中，随后用另一块平板状的石墨板盖于具有长方形的槽的石墨板上，并在氩气氛围下进行碳化处理，在碳化过程中锌箔纸蒸发，获得纯超薄型碳纳米纤维膜；

(3)将所述纯超薄型碳纳米纤维膜沿纯超薄型碳纳米纤维膜的取向方向或垂直于取向方向进行剪切，制备长方形规整结构的碳纳米纤维膜；

(4)配备质量分数为5％的聚氨酯溶液，利用第一铜丝和第二铜丝将所述长方形规整结构的碳纳米纤维膜的两端固定在载玻片上，所述第一铜丝的连接端与所述长方形规整结构的碳纳米纤维膜的左端端点距离为5～10mm，所述第二铜丝的连接端与所述长方形规整结构的碳纳米纤维膜的右端端点距离为5～10mm，随后用小于0.05g的质量分数为5％的聚氨酯溶液将所述长方形规整结构的碳纳米纤维膜的两端固定，再用导电银胶将所述长方形规整结构的碳纳米纤维膜分别与第一铜丝的连接端、第二铜丝的连接端连接，并进行干燥处理，所述干燥温度为60℃，时间为0.5h，形成左、右两电极；

(5)取小于0.1g的质量分数为5％的聚氨酯溶液将左、右两电极间的碳纳米纤维膜的边缘固定于所述载玻片上；

(6)配备质量分数为5％～15％的聚氨酯溶液，取所述聚氨酯溶液快速铺展至碳纳米纤维膜表面，随后用银针将所述聚氨酯溶液均匀铺展，进行热风处理，直至所述聚氨酯溶液完全干燥形成透明聚氨酯基体，获得初级传感器；

(7)在室温下，静置两天，将所述初级传感器从所述载玻片上揭下，此时碳纳米纤维膜被包裹在所述聚氨酯基体内，沿碳纳米纤维膜的边缘将所述初级传感器剪裁成“工”字型结构形成超薄透明型碳纳米纤维膜柔性应变传感器。

3.根据权利要求2所述的一种超薄透明型碳纳米纤维膜柔性应变传感器的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述槽的深度为0.2～0.5mm，所述半圆孔的半径为0.2～0.5mm。

4.根据权利要求2所述的一种超薄透明型碳纳米纤维膜柔性应变传感器的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述预氧化处理的条件为270℃/1.5h，所述碳化处理的条件为1100℃/3h，所述纯超薄型碳纳米纤维膜的厚度为0.9～3.92μm。

5.根据权利要求2所述的一种超薄透明型碳纳米纤维膜柔性应变传感器的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述长方形规整结构的碳纳米纤维膜的宽度为5～10mm，长度为40～70mm。