[发明专利]复合导电材料、应变传感器及其制备方法

说明书

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种复合导电材料、应变传感器及其制备方法。本发明通过将离子液体或液态硅基聚合物与硅橡胶和导电填料进行复合，既可以提高复合导电材料的电导率，且在制作应变传感器的过程中可以延长硅橡胶的固化时间，便于应变传感器的生产。此外，本发明还在柔性基底层和导电层之间设置一应变过渡层，具有耗散应变的效果，使本发明所得应变传感器能够承受超大范围拉伸应变，且具有较高的灵敏度和较好的结构稳定性。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种复合导电材料、应变传感器及其制备方法。

背景技术

在可穿戴电子设备、电子皮肤、可植入式生物医疗器械等领域，应变传感器的柔性和可拉伸性能十分重要。应变传感器是一种能把感知到的外界拉伸应变转换为电信号(比如电阻、电容)的设备。目前，应变传感方面的相关研究已经十分广泛，比如把刚性的银纳米线、碳纳米管、石墨烯、银纳米片晶等导电材料涂覆在平整的或者预应变的弹性聚合物基底上面，但是这种传感器会出现柔性不好、刚性材料脱落等问题。另外，有科研人员把纳米导电材料与弹性聚合物复合，制备出了纳米复合导电材料以提升传感器的柔性，然而这种复合材料能承受的拉伸应变范围一般都小于0～200％。同时，尽管有少数研究人员把应变范围扩大到夸张的范围，但是相应地，所得传感器的灵敏度(电阻值的变化范围)太低，且制作过程涉及到的原位合成与还原、通道修复等纳米技术过于复杂。因此，寻找一种较为简单的方法来制造拉伸应变范围大、灵敏度高的应变传感器，是亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合导电材料、应变传感器及其制备方法，旨在解决现有应变传感器中存在的拉伸应变范围小、灵敏度差的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明一方面，提供了一种复合导电材料，其包括如下按照重量百分数计的组分：

离子液体或液态硅基聚合物 1％-10％

导电填料 7.9％-22％

余量为硅橡胶。

本发明另一方面，提供了一种应变传感器，其包括柔性基底层、应变过渡层和导电层，沿所述柔性基底层至所述导电层的方向，所述柔性基底层、所述应变过渡层和所述导电层依次层叠设置；其中，所述导电层包括导电体，形成所述导电体的材料包括本发明提供的复合导电材料。

本发明再一方面，提供了一种应变传感器的制备方法，其包括如下步骤：

分别制备柔性基底层、应变过渡层、导电层，所述导电层包括导电体，形成所述导电体的材料包括本发明所述的复合导电材料；

沿所述柔性基底层至所述导电层的方向，将所述柔性基底层、所述应变过渡层和所述导电层依次叠加组装，得到应变传感器。

本发明提供的复合导电材料包括硅橡胶、导电填料和离子液体或液态硅基聚合物，其中，硅橡胶作为基体材料，可为导电体提供弹性，使导电体具有良好的拉伸应变性能；导电填料可提升导电体的导电性能。通过将离子液体或液态硅基聚合物与硅橡胶和导电填料进行复合，既可以提高复合导电材料的电导率，还可以延长硅橡胶的固化时间，有利于提升复合导电材料的混合效果，为其在制作应变传感器的过程中提供充分的时间以制作层状结构，便于应变传感器的生产。

本发明提供的应变传感器，一方面，通过以硅橡胶、导电填料和离子液体或液态硅基聚合物复合的导电材料作为导电层中的导电体材料，既可以提高复合导电材料的电导率，还可以延长硅橡胶的固化时间，有利于提升复合导电材料的混合效果，为其在制作应变传感器的过程中提供充分的时间以制作层状结构，便于应变传感器的生产。另一方面，通过在柔性基底层和导电层之间设置一应变过渡层，具有耗散应变的效果，使导电层即使在大应变条件下也只承受较小的应变，避免导电层发生失效或与其它层部分失去连接甚至分离的问题。本发明通过对应变传感器的结构和材料做上述的改进，所得应变传感器能够承受超大范围拉伸应变，且具有较高的灵敏度和较好的结构稳定性。