[发明专利]一种利用高内相乳液法制备柔性应变传感器的方法

说明书

本发明公开了一种利用高内相乳液法制备多孔柔性应变传感器的方法，包括以下步骤：将活性碳材料加入装有去离子水的烧瓶中，超声分散1h；将聚二甲基硅氧烷以及其固化剂用注射器加入到碳纳米粒子溶液中，得到聚二甲基硅氧烷的高内相乳液。将高内相乳液置于模具中，放入真空干燥箱中真空消泡，再放入鼓风干燥箱中固化、干燥，得到三维多孔的弹性体。将弹性体绑上导线接上电极，即三维多孔柔性应变传感器。本发明直接在聚合物基体上构建多孔结构，不仅使碳纳米粒子在基体中有效分散，降低了导电聚合物的逾渗阈值，同时构建了高效的导电网络结构，制备的传感器能够检测3％的微小应变，这种制备方法简单高效，低碳环保，没有“三废”需要处理。

技术领域

本发明涉及一种利用高内相乳液法制备柔性应变传感器的方法，属于传感器制备领域。

背景技术

应变传感器是一种可以将机械形变转变为电信号的电子器件。传统的应变传感器大多数是基于金属或半导体材料，但由于其可工作应变范围小、穿戴体验效果差在可穿戴传感器方面的发展受阻。目前有相关报道已经将导电活性纳米材料(炭黑、碳纳米管、石墨烯)引入到聚合物基体制备柔性传感器来克服传统应变传感器的缺点。目前的柔性应变传感器的制备方法普遍存在着一些问题，例如(1)制备一些具有复杂结构的柔性应变传感器步骤繁杂、周期冗长。(2)制备过程中会使用一些有毒有害的有机溶剂(3)传统的采用高内相乳液法制备柔性应变传感器都是以高内相乳液法制备多孔模板，再利用浸渍等方法制备柔性应变传感器，都存在着模板去除等一系列问题。

基于以上这些问题，采用高内相乳液法直接一步制备柔性应变传感器。将聚二甲基硅氧烷和去离子水持续搅拌，可以直接得到聚二甲基硅氧烷与水的高内相乳液，其次将导电活性碳材料分散在高内相乳液中，在水相的挤压下均匀分布在基体中，固化、干燥后就可以得到多孔的柔性应变传感器。还可以通过纤维、织物或其他可穿戴配件与人体结合，用于监测人体的生理体征用于医疗诊断、健康监测等方面。

发明内容

本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种利用高内相乳液法制备柔性应变传感器的方法，该方法不仅能有效的将活性碳纳米材料分散在聚合物基体里，而且还能构建多孔的微观结构，有效降低材料的逾渗阈值以及提高了材料的传感性能。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种利用高内相乳液法制备多孔柔性应变传感器的方法，包括以下步骤：

(1)将碳纳米粒子加入装有去离子水的烧瓶中，将烧瓶放入超声清洗机中，超声分散。

(2)将聚二甲基硅氧烷以及其固化剂用注射器加入到碳纳米粒子溶液中，在磁力搅拌器中持续搅拌，得到聚二甲基硅氧烷的高内相乳液。

(3)将步骤(2)所得的高内相乳液置于模具中，放入真空干燥箱中真空消泡，再放入鼓风干燥箱中固化、干燥，得到三维多孔的弹性体。

(4)将弹性体绑上导线接上电极，即三维多孔柔性应变传感器。

进一步的技术方案是，所述步骤(1)中活性碳材料为导电活性纳米材料。

进一步的技术方案是，所述导电活性纳米材料为碳纳米管、石墨烯、炭黑中的任意一种。

进一步的技术方案是，所述活性碳材料为多壁碳纳米管，并且多壁碳纳米管和聚二甲基硅氧烷的质量比为0.005：1。

进一步的技术方案是，所述步骤(1)中碳纳米粒子分散的溶剂是去离子水。

进一步的技术方案是，所述步骤(1)中的去离子水与步骤(2)中的聚二甲基硅氧烷的体积比为8：10。

进一步的技术方案是，步骤(2)中将聚二甲基硅氧烷与去离子水用磁力搅拌机直接搅拌制备成W/O高内相乳液。

进一步的技术方案是，步骤(3)中将聚二甲基硅氧烷乳液置于模具中放入真空干燥箱真空保压3h，然后将模具密封，65℃固化4h，再将模具敞开，180℃干燥2h。