[发明专利]柔性导电高分子复合材料的制备方法和压力传感器及矩阵压力传感器

说明书

本发明提供了一种柔性导电高分子复合材料的制备方法，该方法包括制备聚二甲基硅氧烷(PDMS)，将微米尺度的银片和炭黑纳米颗粒加入PDMS中研磨充分混合形成混合物，以及通过压注成型工艺将混合物注入模具中，将模具置于烘箱中烘烤并进行退火处理最终形成高分子复合材料。本发明同时也提供了应用以上制备的柔性导电高分子复合材料的压力传感器与矩阵压力传感器。本发明的制备方法选择了在尺寸、结构维度及物理形状和电导率等方面差异较大的银片和炭黑作为填充物，通过采用双填充体系能够获得电学、机械性质均得到增强的柔性导电高分子复合材料。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种采用双填充体系的柔性导电高分子复合材料的制备方法。同时，本发明也涉及采用以上制备方法所制备的柔性导电高分子复合材料的压力传感器及矩阵压力传感器。

背景技术

导电高分子复合材料是一类具有导电功能(包括半导电性、金属导电性和超导电性)，且电导率在10-6S/m以上的聚合物材料，其具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜以及电导率可在十多个数量级的范围内进行调节等特点。导电高分子复合材料不仅可作为多种金属材料和无机导电材料的代用品，而且其也已成为许多先进工业部门和尖端技术领域中不可缺少的一类材料。

目前，用于导电高分子复合材料的制备方法有层状复合法、表面复合法、梯度复合法以及分散复合法。其中，层状复合法是使导电层独立存在并与同样独立存在的聚合物基体复合，且导电层可以是金属箔或者金属网，两面覆盖聚合物基体材料。表面复合法即将导电材料复合到高分子材料表面，且使用的复合方法包括金属溅射、塑料电镀、真空蒸镀、金属箔贴面等。梯度复合法指导电材料和高分子基体材料各自构成连续相，且两个连续相之间有一个浓度渐变的过渡层。而分散复合法是通常选用物理性适宜的高分子材料作为基体材料，导电性粉末、纤维等材料则采用化学或者物理的方法均匀分散在基体材料中，由此制成导电高分子复合材料。

以上现有制备方法均能够实现导电高分子复合材料的制备，但是其制备的导电高分子复合材料也有着电导率提升缓慢、阻值在温度变化的环境中不稳定，以及柔韧性不佳等多种问题。因而有必要研究一种新型的导电高分子复合材料制备方法。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种柔性导电高分子复合材料的制备方法，以可实现导电高分子复合材料的制备。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种柔性导电高分子复合材料的制备方法，该方法包括如下的步骤：

a.将PDMS的预聚物和固化剂按10：1质量比混合并搅拌均匀，去除气泡后得到PDMS；

b.将微米尺度的银片和炭黑纳米颗粒加入PDMS中并充分研磨形成混合物，其中混合物中炭黑纳米颗粒的浓度n₁固定为18wt％，银片的浓度n₂为0wt％≤n₂≤35wt％；

c.通过压注成型工艺将混合物注入模具中；

d.将模具置于烘箱中55-65℃烘烤46-50h，且随后于110-130℃下对模具进行1.5-2h的退火处理，待模具冷却后从模具中取得柔性导电高分子复合材料Ag-C-PDMS。

进一步的，步骤b形成的混合物中，银片的浓度n₂为10wt％≤n₂≤35wt％。进一步的，所述银片的尺度在1-3μm之间。

进一步的，所述炭黑纳米颗粒的直径在40-100nm之间。

进一步的，步骤b中在加入银片和炭黑纳米颗粒后进行研磨以充分混合。

进一步的，所述模具采用不锈钢制作。

进一步的，制作所述模具的不锈钢采用激光切割成型，并对切割后的制作所述模具的不锈钢进行抛光处理。