[发明专利]用于应变和/或压力传感的可自愈、可拉伸的导电性高分子复合物的制备方法

说明书

本发明提供一种用于制备导电性高分子复合物的方法，所述方法包括将苯胺、任选的植酸、侧链含有选自羟基、羧基和磺酸基中的一种或多种的水溶性聚合物、自由基聚合引发剂以及溶剂混合并进行聚合反应。本发明还提供一种用于应变和/或压力传感的导电性高分子复合物膜的制备方法。根据本发明的方法制备的导电性高分子复合物具有良好的可自愈性、力学性质和电学性质。并且，根据本发明的方法制备的导电性高分子复合物膜在用于应变传感器或压力传感器时在自愈前后均具有优秀的传感灵敏度以及实际监测传感能力。

技术领域

本发明涉及力学传感器技术领域，具体而言，本发明提供一种用于制备导电性高分子复合物的方法以及一种用于应变和/或压力传感的导电性高分子复合物膜的制备方法。

背景技术

人体皮肤是人体感应周围环境的重要器官，如何仿生出人体皮肤的传感能力得到可应用于人机交互、柔性机器人、可穿戴设备、假肢修复和人工智能等领域的电子皮肤具有重要的实际意义。其中，电子皮肤领域的一个重要组成部分是力学传感器，如何实现电子皮肤将外界的刺激(比如：压力、应变、震动、湿度、温度等)转化为电信号的变化是科研工作者的研究重点。此外，相对于人体皮肤的传感能力，人体皮肤还具有优异的力学性质(低模量、高拉伸性)以及可重复自愈功能。目前为止，如何仿生出像人体皮肤的电子皮肤-既可以高效实现外界刺激的感知传感，同时具有优异的延展性、自愈性的材料是限制电子皮肤发展的一大瓶颈问题。

现有应用于电子皮肤的力学传感器可以根据研究重点分为两大类别，一类是通过微纳加工等技术设计力学、电学结构，将外界刺激转化为电阻，电容等信号变化，一般使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为弹性体，使用金属层或者导电碳材料等作为导电体。此类传感器制造成本高、工艺复杂、延展性差以及不具备可自愈功能等缺点，限制了其在电子皮肤领域的应用；另一类是利用导电高分子弹性体作为传感器中的功能层，利用导电高分子在外界力学作用下的形变，实现力学信号转化为电阻或电容的变化。由于导电高分子本身具有优秀的力学性能，以及具有自愈功能的潜力，这类材料被视为解决电子皮肤材料问题的主要方向。现有报道的用于力学传感器的导电高分子虽然满足了延展性和导电性的要求，但是依然没有有效地把导电高分子的自愈功能引入到电子皮肤领域。英国《自然·纳米科技》(NatureNanotechnology，2012年第7卷第825页)第一次报道了使用纳米镍球混合可自愈高分子得复合材料制备可以感应压力、弯曲变化的力学传感器。但是由于纳米镍破坏了高分子链的聚集态结构，大幅度地降低了材料的延展性，使得其最大断裂应变只有30％，而且压敏性能较差，难以满足人体皮肤大应变的需求。

因此，开发出一种制备具有优良可自愈性并且具有优良力学性质的导电性高分子复合物的方法具有重要的意义。

发明内容

从以上阐述的技术问题出发，本发明的目的是提供一种用于应变和/或压力传感的导电性高分子复合物膜的制备方法。根据本发明的方法制备的导电性高分子复合物具有良好的可自愈性、优良的力学性质和电学性质。

本发明人经过深入细致的研究，完成了本发明。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于制备导电性高分子复合物的方法，所述方法包括将苯胺、任选的植酸、侧链含有选自羟基、羧基和磺酸基中的一种或多种的水溶性聚合物、自由基聚合引发剂以及溶剂混合并进行聚合反应。

根据本发明的某些优选实施方案，其中基于所述苯胺、植酸、侧链含有选自羟基、羧基和磺酸基中的一种或多种的水溶性聚合物、自由基聚合引发剂以及溶剂的总重量，苯胺的量为0.7-5.6重量％；植酸的量为0-32.5重量％；所述侧链含有选自羟基、羧基和磺酸基中的一种或多种的水溶性聚合物的量为7.1-26.3重量％；所述自由基引发剂的量为0.7-5.6重量％；并且所述溶剂的量为46.5-89.2重量％。

根据本发明的某些优选实施方案，其中所述侧链含有选自羟基、羧基和磺酸基中的一种或多种的水溶性聚合物选自下列各项中的一种或多种：聚丙烯酸及其盐、聚乙烯醇、聚苯乙烯磺酸及其盐、羟甲基纤维素和羧甲基纤维素。