[发明专利]基于碳黑-银纳米颗粒复合材料的拉力传感器制备方法

说明书

本发明公开一种基于碳黑‑银纳米颗粒复合材料的拉力传感器制备方法，主要方法步骤包括：首先表面修饰碳黑纳米颗粒，其次制备银纳米颗粒种子液，再次制备银纳米颗粒，然后制备碳黑‑银纳米颗粒复合材料，制备复合材料填充的聚氨酯柔性膜，最后用导电银胶将铝箔粘于薄膜两端，作为电极引出，制得拉力传感器元件。该方法制备的传感器元件具有拉伸度大、灵敏度好的优点，同时体积小，使用方便。

技术领域

本发明拉力传感器元件领域，尤其涉及一种柔性、低成本、具有高度可伸展性的基于碳黑-银纳米颗粒复合材料的拉力传感器制备方法。

背景技术

近年来，因为在康复和个人健康监测，结构健康监测，运动表现监测以及娱乐系统(游戏、动画等)中的人体动作捕捉等应用方面的巨大潜力，拉力传感器已经成为国内外的研究热点。尤其在生物力学、生理学、运动机能学应用中，拉力传感器应当具备优良的可伸展性和灵敏度。

然而目前基于单一材料制备的拉力传感器,不能同时满足人们对于器件拉伸度和灵敏度的需求，在较大形变情况下,传感器的测试能力常常被破坏。比如基于石墨烯的拉力传感器，只能测试形变≤5％的拉力，远不能满足大形变拉力的测试需求；即使基于银纳米线的拉力传感器，也最多只能测试形变≤40％的情形，当器件形变超过这个数值，器件本身的结构就会被破坏。有研究^[1,2]表明，零维材料拥有相对较低的比表面积，在被拉伸时，其形成的点对点导电网络更容易产生明显的裂痕，有助于提升器件灵敏度。碳黑纳米颗粒与银纳米颗粒兼具零维结构、良好电导性与低成本的优点，因此，从材料入手，将零维的碳黑纳米颗粒和零维的可控制备的准球形银纳米颗粒^[3]复合，得到纳米复合颗粒，作为导电敏感材料填充进热塑性聚氨酯，有望制备出拉伸度大且灵敏度好的低成本拉力传感器元件。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术存在的缺陷，提供一种基于碳黑-银纳米颗粒复合材料的拉力传感器制备方法，采用聚乙烯吡咯烷酮修饰碳黑纳米颗粒表面，使化学法制备的尺寸可控的银纳米颗粒有效附着于其上，本发明制备的碳黑-银纳米颗粒复合材料拉力传感器元件工艺简单、高拉伸度且灵敏度良好。

本发明的技术方案:基于碳黑-银纳米颗粒复合材料的拉力传感器制备方法，包括如下步骤：

(1)、表面修饰碳黑纳米颗粒；

(2)、制备银纳米颗粒种子液；

(3)、制备银纳米颗粒；

(4)、制备碳黑-银纳米颗粒复合材料；

(5)、制备碳黑-银纳米颗粒复合材料填充的聚氨酯柔性膜；

(6)、制备基于碳黑-银纳米颗粒复合材料的拉力传感器元件。

所述步骤(1)具体如下：

a)、将0.1～0.2g碳黑悬浮分散于含有100mg过氧化苯甲酰的10～20mL液态乙烯吡咯烷酮中，超声震荡；

b)、再添加与上述步骤a)相同量的过氧化苯甲酰，再次超声震荡，重复此步骤,直到碳黑完全分散于溶液中；

c)、无水乙醇稀释溶液；

d)、使用微孔滤膜过滤；

e)、使用无水乙醇进行清洗，彻底除去物理吸附于碳黑表面杂质；

f)、置于恒温干燥箱中干燥以去除残留溶剂。

所述步骤a)中碳黑为石墨化碳黑，纯度≥99.95％，比表面积50.0-100.0m²/g，颗粒尺寸≤500nm，密度1.828g/cm³。

所述步骤d)中滤膜采用油性滤膜。

所述步骤(4)具体如下：