[发明专利]宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种宽温域范围内用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法，包括以下步骤：以二元酸酐和二元胺制备聚酰亚胺前驱体粉末，经特定功率微波发泡成型及后期高温固化得到高开孔度的聚酰亚胺海绵；然后，在真空环境下以预先制备的氧化石墨烯水分散液对聚酰亚胺海绵进行定量真空浸渍；其次，在一定温度下使氧化石墨烯进行水热自组装及还原，得到石墨烯水凝胶填充的聚酰亚胺海绵；最后，将石墨烯水凝胶填充的聚酰亚胺海绵进行真空冷冻干燥，得到柔性复合海绵压敏传感器。本发明具有灵敏度高、导电材料填充均匀、应用温域宽、样件尺寸稳定性高、制备工艺简单、生产成本低以及石墨烯海绵脱落后可再次填充复合循环使用的特点。

技术领域

本发明涉及柔性压敏传感器技术领域，特别是一种宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法。

背景技术

三维聚合物基多孔海绵材料具有轻质、低密度、高孔隙率、高弹性等特点，近年来被广泛应用于柔性压敏传感器基材，解决了传统二维压敏传感器刚性大、压力检测范围窄等缺陷。目前，国内外科研工作者及相关单位主要通过石墨烯与有机聚合物多孔材料复合的方式制备三维柔性石墨烯类压敏传感器材料。

CN 107572477 A、CN 107522895 A等专利公开了以三聚氰胺海绵、聚氨酯海绵等为模板，通过常温常压浸渍手段向其中添加氧化石墨烯及其他导电填料，然后再进行后续还原处理得到复合海绵应用于压敏传感器的方法。但是，以三聚氰胺海绵或者聚氨酯海绵为基材的压敏传感器，不仅灵敏度较低，而且其仅能在较温和的环境下(-20～120℃)正常使用，这将对其在超低温及高温应用环境产生巨大限制；并且现有传统的采用浸渍涂布法对聚合物海绵进行填充的方法会造成填充不均匀、无法定量填充的问题。同时，由于基体树脂分子结构的限制，上述材料只能在较温和的条件下进行化学还原或者在惰性气体氛围下热还原，而这些还原手段成本高、反应条件苛刻、易造成二次污染。因此，现有的技术存在着灵敏度较低、可调控性较差、导电填料填充不均匀、样件复合后尺寸稳定性较差、温度适用范围较窄、制备工艺复杂以及生产成本高的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法。本发明具有灵敏度高、导电材料填充均匀且可精准调控、应用温域宽、制备工艺简单、生产成本低和样件复合后尺寸稳定性优良的特点。

本发明的技术方案：一种宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法，包括以下步骤，

第一步：在40-50℃水浴条件下，将芳香型二元酸酐溶于极性溶剂中，随后加入小分子单醇进行酯化反应，反应完全后再加入芳香型二元胺进行反应0.5-2小时，得到聚酰亚胺前驱体-聚酯铵盐的极性溶剂溶液；聚酰亚胺前驱体-聚酯铵盐的极性溶剂溶液依次经1-2小时旋转蒸发和4-6小时的球磨处理后，得到粒径为5-30微米的聚酰亚胺前驱体粉末；随后，聚酰亚胺前驱体粉末经预定型、热压熔融、冷却凝固定型过程得到发泡母板；最后，发泡母板在500-4000W功率下的微波设备中经微波辐照10-40min发泡成型，得到聚酰亚胺海绵中间体，将聚酰亚胺海绵中间体放置于250-300℃的烘箱中固化1-2小时后，得到开孔度在90-99％之间、密度在5-10kg/m³之间的柔性聚酰亚胺海绵；

第二步：以水作为溶剂，将单层或多层氧化石墨烯粉末分散于水中，在20-60℃条件下，以500-2000W的超声波功率，进行超声分散20-180min，得到分散均匀的氧化石墨烯水分散液；

第三步：柔性聚酰亚胺海绵经乙醇与去离子水交替洗涤3-5次后，放置于水热反应釜中，随后将氧化石墨烯水分散液倒入水热反应釜中，将水热反应釜置于真空烘箱中，调节真空烘箱真空度为10-90kPa，保持10-30min，完成氧化石墨烯水分散液对柔性聚酰亚胺海绵的定量真空浸渍；所加入的氧化石墨烯水分散液的体积为柔性聚酰亚胺海绵体积的1-5倍；