[发明专利]一种压电传感材料的制备方法及制备的材料

说明书

本发明涉及一种利用聚偏氟乙烯（PVDF）/纤维素/纳米导电颗粒制备压电传感材料的制备方法，属于功能材料及压电传感器制备技术领域。本发明的方法是将PVDF、纤维素、纳米导电颗粒和成孔剂等原料经高温熔接、置换造孔和干燥固化等工艺，制备一种新型压电传感材料。该技术成本较为低廉、生产工艺简单，产品强度大、柔韧性好、灵敏度高，在电子皮肤、虚拟现实、健康监测等智能可穿戴设备方面具有极大的应用潜能。

技术领域

本发明涉及压电传感材料的制备方法及制备的材料，属于功能材料及压电传感器制备技术领域。

背景技术

随着信息社会的发展，物联网与智能终端等技术得到了迅速发展，人们对周边环境信息的采集深度与广度不断提升，传感器作为一类十分重要的信息采集器件，正逐渐被广泛应用在机器人、可穿戴电子设备、医疗器械、人机交互和智能蒙皮等领域。柔性压电传感器具有轻薄便携、电学性能优异和集成度高等特点，逐渐成为近年来的研究热点。

专利CN106370290B公开了一种PVDF纳米纤维/石墨烯/弹性纤维压电传感器及其制备方法，该技术利用表面包覆石墨烯的化学纤维与PVDF通过静电纺丝技术制备一种压电传感器。专利CN105527014A公开了一种基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器的制造方法，该技术首先利用磁控溅射将叉指电极溅射在PVDF纳米纤维，再对其进行PDMS封装，得到一种自供电振动传感器。专利CN106805954A披露了一种穿戴式柔性压力传感器及其制备方法，该传感器由上支撑基体、超柔软Ecoflex压力探测头、PVDF压电薄膜、阵列化微凸台支撑结构和下支撑基体五个部分组成，能够灵敏感知测量人体微弱的脉搏跳动力。

然而，上述发明或利用静电纺丝、磁控溅射等技术，制备工艺相对较为复杂，需要特殊制造设备，耗费大量能源，且成本相对较高，大规模工业生产较难实现；或制备的产品结构组成较为复杂、体积相对较大，且柔韧性较差、适应性不强，无法大规模应用于可穿戴电子设备。

发明内容

针对现阶段压电传感材料的制备工艺复杂，且性能不好的问题，本发明提供了一种压电传感材料的制备方法及制备的材料。

一种压电传感材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将PVDF、纤维素、纳米导电颗粒和成孔剂充分混合；

（2）将步骤（1）得到的混合物进行高温处理，利用熔融的PVDF将纤维素、纳米导电颗粒和成孔剂熔接在一起；

（3）将步骤（2）得到的产物进行溶剂置换；

（4）将步骤（3）得到的产物进行干燥脱水得压电传感材料。

所述步骤（1）的成孔剂为：氯化锂、氯化钠、碘化钠、硫酸钠、氯化钾以及硫酸钾中的一种或多种。

所述步骤（1）的原料中PVDF含量为0.1～15%，纤维素含量为0.1～15%，纳米导电颗粒含量为0.1～5%，成孔剂含量为70～85%。

所述步骤（1）的原料需经研磨处理后过200目筛子。

所述步骤（2）的高温处理的温度为150 ℃～300 ℃，优选的温度为180 ℃～250℃。

所述步骤（3）的置换所用溶剂为去离子水或乙醇。

所述步骤（3）的溶剂置换的条件为：置换次数为6～15次，置换间隔时间为1～5小时。

所述步骤（4）的干燥温度为-80 ℃～80 ℃，干燥方式包括：冷冻干燥、烘箱干燥、真空干燥以及超临界干燥中的一种。

所述步骤（1）的纤维素为改性纤维素粉末，包括：甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、微纤化纤维素、纤维素纳米晶以及纳米纤维素中的至少一种。

上述任一方法制备的纤维素基柔性压力传感材料。