[发明专利]一种芳纶/石墨烯/导电高分子气凝胶复合压力传感材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种芳纶/石墨烯/导电高分子气凝胶复合压力传感材料的制备方法，所述制备方法包括：(1)芳纶溶液制备；(2)芳纶/石墨烯/导电高分子单体溶液制备；(3)芳纶/石墨烯/导电高分子水凝胶制备；(4)芳纶/石墨烯/导电高分子气凝胶初产物制备；(5)芳纶/石墨烯/导电高分子气凝胶复合压力传感材料制备。本发明所制备的芳纶/石墨烯/导电高分子气凝胶复合压力传感材料导电性高、柔韧性好，并同时具有高压缩形变性能和高抗疲劳性能。

技术领域

本发明涉及柔性可穿戴电子器件技术领域，特别涉及一种芳纶/石墨烯/导电高分子气凝胶复合压力传感材料的制备方法。

背景技术

能够将机械形变转化为电信号的柔性压力传感材料是电子皮肤、可穿戴设备、柔性显示器、生物监测器等多种传感设备中的重要结构元件，也是开发新型、高灵敏度传感器的重点。因其优秀的导电性、稳定性和柔韧性等优点，基于石墨烯及其衍生物的压力传感材料备受关注。石墨烯及其衍生物材料的可压缩性可以通过3D打印法、冷冻法、水热法等多种方法实现，然而，石墨烯材料的抗疲劳性能较差，当施加高压缩应变时，会导致材料结构的破坏和传感灵敏度的降低。同时具备高压缩形变性能和高抗疲劳性能的石墨烯压力传感材料比较少见。

为了提高石墨烯材料的压缩形变能力和抗疲劳性能，多种有机物高分子和无机物被掺杂入材料结构中。CN108045032A公开了一种基于石墨烯的导电传感织物的制备方法，采用三维编织与复合技术，将石墨烯导电纱线与普通纱线混合编织，获得具有三明治结构的压力-电阻传感监测织物。CN107036741B公开了一种自修复石墨烯基压力传感器，将石墨烯与银纳米线导电复合物掺杂入自修复高分子基体中，制得具有自修复功能的导电弹性体，以此形成的压力传感器具有寿命长、导电性高、灵敏度高的优点。然而，有机物高分子和无机物对石墨烯的掺杂常伴随着作用力弱、材料分相、机械性能弱等问题。开发新型石墨烯复合材料以增强石墨烯与高分子间的相互作用力、进一步优化其压力传感性能仍是研究重点。

芳纶(聚对苯二甲酰对苯二胺)的分子链间存在密集的氢键及π-π相互作用，赋予了芳纶优良的力学性能、耐高温性能和环境稳定性，其纳米纤维结构使其还具有长径比高、质量轻、易编织等优点，可满足人体三维扭曲形变需求，并可编织入纺织品中，实现器件与皮肤最大程度上的贴合，改善产品的散热、透气、导湿等穿着舒适性。目前，芳纶与石墨烯的直接结合都存在结合力弱、材料分相等问题，影响后续传感器的灵敏度和循环稳定性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种芳纶/石墨烯/导电高分子气凝胶复合压力传感材料的制备方法。本发明以芳纶为三维支撑骨架制备芳纶/石墨烯/导电高分子凝胶压力传感材料，制备的材料导电性高、柔韧性好，并同时具有高压缩形变性能和高抗疲劳性能。

本发明的技术方案如下：

一种芳纶/石墨烯/导电高分子气凝胶复合压力传感材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)芳纶预处理：将芳纶加入二甲亚砜/水/强碱体系中搅拌剥离，水洗后，用去离子水配制成芳纶溶液，保存备用；

(2)称取石墨烯和导电高分子单体，加入到步骤(1)制备的芳纶溶液中，搅拌，制得芳纶/石墨烯/导电高分子单体溶液，备用；

(3)向步骤(2)制备的溶液中加入引发剂、还原剂和表面活性剂，搅拌后，倒入反应釜密封静置，得到芳纶/石墨烯/导电高分子水凝胶；

(4)将步骤(3)制备的芳纶/石墨烯/导电高分子水凝胶水洗后，冷冻干燥得到芳纶/石墨烯/导电高分子气凝胶初产物；

(5)将步骤(4)制备的芳纶/石墨烯/导电高分子气凝胶初产物置于管式炉中，通入保护气体，加热2～10h后，自然冷却，得到芳纶/石墨烯/导电高分子气凝胶复合压力传感材料。