[发明专利]一种柔性传感器用石墨烯介电材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性传感器用石墨烯介电材料及其制备方法，其将石墨烯、硫化助剂和其他助剂加入水中制备成水性分散液后，将该水性分散液与橡胶胶乳进行水相混合，并采用具有特定频率的微波和超声波协同作用进行干燥和硫化进行固化。由于石墨烯在超声波和微波的协同作用下，能够在橡胶基体中获得优异的分散性，因此降低了电导损耗；同时石墨烯还会发生一定程度的取向，形成更多的微电容，这使得其电容比常规热硫化石墨烯橡胶材料电容大几个数量级，使用此种介电材料制备的柔性传感器，不仅能耗低，而且具有较高的电容量，能够有效提升传感器的抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及一种介电材料及其制备方法，尤其涉及一种柔性传感器用石墨烯介电材料及其制备方法，属于柔性传感器用功能材料技术领域。

背景技术

目前电容型的柔性传感器发展非常迅速，其可以用来检测各种人体生理活动，包括较大幅度的手、胳膊和腿的弯曲移动以及较小幅度的呼吸、吞咽、发声时肌肉震动、血压和眼压等，能够将上述生理活动信号转换为可视的电信号。但是目前基于柔性聚合物基体制备的电容传感器，由于介电层的介电常数不高，传感器所产生的电容值较小，信号传输时容易受到电路中的引线电缆电容、杂散电容、寄生电容的干扰，使得传感器工作不稳定，影响测量精度。

石墨烯作为一种纳米填料具有很大的比表面积和很强的界面作用力，比传统材料的性能更优异，因此用石墨烯来改性橡胶是未来的发展趋势之一。在以往的石墨烯橡胶复合介电材料的制备中，通常是将石墨烯直接加入到橡胶基体中进行密炼分散后加热硫化，这种方法制备所得的石墨烯橡胶复合材料中石墨烯的分散较差，石墨烯之间直接联通形成导电通路，漏导电流较大，介电性能一般。因此如何得到一种可以减少导电流、具有高介电常数和低介电损耗的石墨烯橡胶介电材料是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决现有技术加工方法中石墨烯之间直接联通形成导电通路，漏导电流较大，介电性能一般等技术问题，本发明提供了一种柔性传感器用石墨烯介电材料及其制备方法，由该制备方法制备所得的，材料能够减少导电流、具有高介电常数和低介电损耗，适用于柔性传感器中。

本发明的技术方案是：

本发明公开了一种柔性传感器用石墨烯介电材料，其由主要包括下述按重量份计的各组分原料在微波和超声波的共同作用下进行烘干和固化成型而成：橡胶胶乳干基100份、活化剂0.1-30份，促进剂0.1-10份，硫磺0.1-10份，石墨烯0.1-90份，防老化剂0.1-10份，表面活性剂0.1-10份；其中所述石墨烯为常规石墨烯粉末、氧化石墨烯、氧化还原石墨烯、单层石墨烯和多层石墨烯中的至少一种。

其进一步的技术方案是：

所述橡胶胶乳为天然橡胶胶乳、人工聚合形成的胶乳和通过物理溶解分散方法制备形成的人造胶乳中的至少一种。其中，优选的，所述人工聚合形成的胶乳包括丁苯橡胶乳液、丁腈橡胶乳液、氯丁橡胶乳液、丁二烯胶乳、聚硫胶乳、氟橡胶胶乳、硅橡胶胶乳、均聚醋酸乙烯酯胶乳、共聚醋酸乙烯酯胶乳、丙烯酸酯乳液、聚氯乙烯胶乳、偏氯乙烯胶乳和苯丙胶乳中的至少一种；所述通过物理溶解分散方法制备形成的人造胶乳包括丁基胶乳、聚异戊二烯胶乳、乙丙胶乳、聚氨酯胶乳、聚乙烯胶乳和环氧树脂胶乳中的至少一种。

其进一步的技术方案是：

所述活化剂为普通氧化锌、活性氧化锌、碳酸锌、氧化镁、氧化钙、一氧化铅、四氧化铅、碳酸镁、碱式碳酸铅、碱式硅酸铝、氯化亚锡、氧化镉、氢氧化钙、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸铅、油酸、月桂酸、三乙醇胺、二甘醇、聚对二亚硝基苯、四氯苯醌和三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯中的至少一种。

其进一步的技术方案是：

所述促进剂为二硫代甲酸盐类促进剂、黄原酸类促进剂、秋兰姆类促进剂、噻唑类促进剂、次磺酰胺类促进剂、胍类促进剂、硫脲类促进剂、醛胺类促进剂和胺类促进剂中的至少一种。

其进一步的技术方案是：