[发明专利]一种柔性传感器制造方法

说明书

本公开提供了一种柔性传感器制造方法，包括：将石墨烯分散在高分子聚合材料中；向高分子聚合材料中加入碳纳米管；向加入碳纳米管的高分子聚合材料施加交流电场，得到复合材料；在得到的复合材料上贴附高分子聚合材料薄膜；预埋碳纤维；加热固化，得到传感器；本公开在石墨烯‑PDMS或PMMA等高分子聚合材料的合适比例下引入了CNT桥接效应和电场诱导排列，以改进干混方法；通过改进的干混方法制造的柔性传感器提高了CNT‑石墨烯‑PDMS或PMMA等高分子聚合材料的导电性、压阻性能和机械性能。

技术领域

本公开属于感器制造技术领域，尤其涉及一种柔性传感器制造方法。

背景技术

基于石墨烯或碳纳米管(CNT)的柔性传感器由于其在导电性和压阻率方面的独特特性，已被广泛用于人体健康监测领域的电阻应变测量；制备导电柔性传感器的一个关键过程是将固体粉末状导电填料在微观尺度上均匀分散到粘性聚合物液体中，以在柔性基板(例如石墨烯-聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等高分子聚合材料)中形成导电矩阵网络。

有机溶剂法是制备导电柔性传感器最常见和最传统的方法，它涉及多种有机溶剂(乙二醇、甲苯、四氢呋喃和正己烷)作为稀释剂来稀释粘稠的PDMS或PMMA等高分子聚合材料的预聚物液体使填料均匀分布；然而，上述有机溶剂对实验者、环境和生物样品是有毒有害的；例如，在固化过程中，石墨烯-PDMS或PMMA等高分子聚合材料在真空中加热以挥发有机溶剂，应在严格的保护条件下操作，以避免对操作者造成危害；因此，迫切需要开发不使用有毒溶剂制备石墨烯-PDMS或PMMA等高分子聚合材料的新方法；无毒干混法是最有前途的方法之一，它直接石墨烯与PDMS或PMMA等高分子聚合材料进行混合，无需有机溶剂稀释。

本公开发明人发现，采用无毒干混法制造柔性传感器时存在以下问题：与基于溶剂的方法相比，目前的干混方法导致石墨烯-PDMS或PMMA等高分子聚合材料的电学和压阻性能显著降低。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种柔性传感器制造方法，本公开在石墨烯-PDMS或 PMMA等高分子聚合材料的合适比例下引入了CNT桥接效应和电场诱导排列，以改进干混方法；通过改进的干混方法制造的柔性传感器提高了CNT-石墨烯-PDMS或PMMA等高分子聚合材料的导电性、压阻性能和机械性能。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本公开提供了一种柔性传感器制造方法，包括：

将石墨烯分散在高分子聚合材料中；

向高分子聚合材料中加入碳纳米管；

向加入碳纳米管的高分子聚合材料施加交流电场，得到复合材料；

在得到的复合材料上贴附高分子聚合材料薄膜；

预埋碳纤维；

加热固化，得到传感器。

进一步的，使用干混法使石墨烯以机械搅拌与高功率超声的方式分散在高分子聚合材料中。

进一步的，机械搅拌时长为05小时至24小时。

进一步的，高分子聚合材料为聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯。

进一步的，所述石墨烯的质量比例为2wt％到30wt％。

进一步的，所述碳纳米管的质量比例为01wt％到10wt％。

进一步的，所述交流电场设置为强度为104～106V/m，频率为100Hz～10KHz的正弦复频交流电场。

进一步的，混合好的复合材料使用前加入固化剂，复合材料与固化剂质量比范围为5wt％到20wt％。