[发明专利]一种利用生物质材料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生物质材料制备柔性应变传感器的方法，包括步骤：S1、将生物质材料研磨成粉末；S2、在惰性气氛中对粉末状生物质材料进行高温碳化处理；S3、制备聚合物弹性体溶液；S4、浇注封装，包括如下步骤：S41、将聚合物弹性体溶液分为三份；S42、将碳化粉末与一份聚合物弹性体溶液进行共混，形成共混液；S43、取另一份聚合物弹性体溶液浇注到指定形状的模具中，进行固化，形成基底薄片；S44、将共混液涂覆在基底薄片上，并安装上导线；S45、将最后一份聚合物弹性体溶液浇注进模具，在80‑120℃下固化20‑30min，得到柔性应变传感器。本发明使用的生物质材料来源广泛，价格低廉，并且作为农业废弃物，对环境保护有重要意义。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种利用生物质炭化材料制备应变传感器的方法。

背景技术

这些年来，柔性应变传感器有着十分迅猛的发展势头。柔性应变传感器较传统传感器相比有十分明显的优点，这主要体现为柔韧性和可拉伸性好、可穿戴性强、生物相容性佳等。因此，传统传感器的劣势大大限制了其发展和能够应用的领域。随着科学的不断进步以及科研人员的不懈努力，柔性应变传感器的研究技术也再进一步提高。在科研领域，人们对柔性应变传感器的关注度越来越高。探索传感器原理和选择柔性电子应变传感器的材料是被主要研究的方向。对于材料的研究出于两点考量：一是更好的柔性电子传感器导电材料能够优化应变传感器的性能，二是为了提升传感器的机械性能。目前报道的柔性应变传感器的活性材料包括：金属纳米材料(金属纳米粒子，金属纳米线)，纳米碳材料(炭黑，碳纳米管，石墨烯) 以及有机材料等。

生物质炭基(biochar)是一种固态产物，这是由生物质通过热化学转化得到的，其反应的条件是极少的氧气。含碳量高、芳香化程度高是生物质炭基的最为显著的特征，再者，它还是一种难溶性固体物质。生物炭是一种污染极低、具有强推广性、成本低的材料。生物质炭基是一种在如今研究广泛的生物高分子材料。常见的生物炭有木炭、秸秆炭，同时，生活中常见的椰子壳炭以及竹炭等也是生物炭的分支，它们通常是在温度低于700℃且缺氧的条件下热解形成的。传统碳材料主要由加工处理煤、石油等传统能源材料制得。但是由于现代能源危机和环境提出的挑战等，如今的世界早已向传统碳材料提出了新的挑战。核桃是一种常见的坚果，同时，也可以用于加工行业。核桃壳有着碳含量丰富、价格低廉的特点。核桃壳粉在惰性气体中高温热解成的碳材料具有较好的导电性。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用生物质炭化材料制备应变传感器的方法。

本发明提供的利用生物质炭化材料制备应变传感器的方法，包括如下步骤：

S1、将生物质材料进行筛选，除杂，用去离子水清洗后烘干，然后，将生物质材料研磨至过200目筛子的粉末，所述生物质材料为核桃壳、向日葵内芯、玉米内芯、丝瓜瓤其中的一种。

S2、在氮气或氩气气氛中进行高温碳化处理，升温与降温速率为2-5℃/min，热处理温度为600-1000℃，恒温2h，得到碳化粉末；

S3、制备聚合物弹性体溶液，所述聚合物弹性体为橡胶、硅基聚合物弹性体、VHB或聚乙烯醇其中的一种。

S4、浇注封装，包括如下步骤：

S41、将聚合物弹性体溶液分为三份；

S42、将碳化粉末与一份聚合物弹性体溶液进行共混，形成共混液；具体操作如下：

(1)将碳化粉末加入二氯甲烷溶剂中，超声分散30min，得到溶液A；

(2)将一份聚合物弹性体溶液溶于二氯甲烷溶剂中，搅拌均匀，得到溶液B；

(3)将溶液A和B混合，超声分散30min，然后蒸发除去二氯甲烷，使混合液中剩余二氯甲烷体积是原来的十分之一。注意此操作不能将二氯甲烷液体完全蒸发，需要留少部分于烧瓶内，以便于后续操作。