[发明专利]一种应力传感器的制备及回收方法

说明书

本发明公开了一种以聚乙烯醇和金属纳米线为主体材料的半包覆结构应力传感器的制备工艺和回收工艺。其中制备工艺包括：首先将聚乙烯醇水溶液进行蒸发至粘稠态，然后将金属纳米线的水分散液均匀涂布在聚乙烯醇上，继续在室温条件进行蒸发成膜，制备得到半包覆结构的应力传感器。该应力传感器对拉伸和压力等形变均表现出较好的响应性，具有响应速度快、灵敏度高、稳定性好以及可重复性优异等特点，可应用于人体的多种动作监测以及未来的人机交互等领域。此外，使用之后的传感器可采用溶剂溶解、干燥以及超声分散的简单工艺实现对其中金属纳米线的高效回收和再利用，适合推广应用。

技术领域

本发明属于功能材料及其制备技术领域，具体涉及一种应力传感器的制备及回收方法。

背景技术

随着手机、平板电脑以及可穿戴电子等消费电子产品的快速普及和广泛应用，其需求量正与日俱增。为赢得更大的市场，获得更丰厚的利润，消费电子生产厂家之间的竞争空前激烈，从而大大缩短了消费电子产品的更新迭代周期，使得淘汰电子产品或者说电子垃圾问题愈发凸显。带来的后果是一方面制造电子元器件的贵金属消耗在迅速增加，需要大量开采贵金属，电子产品的成本难以得到有效降低，也给地球资源带来巨大压力；另一方面电子垃圾特别是其中含有的铅、汞等有害金属对地球生态环境具有潜在威胁，不利于可持续发展。因此开发绿色环保、可回收的电子产品是未来的重点发展方向之一。此外，具有柔性和可拉伸的应力传感器在运动健康监测、机器人和人机交互等领域具有广泛的应用。

目前，主要通过喷墨打印、旋涂等手段制备导电薄膜，引入的导电材料通常全部附着于衬底表面，与空气直接接触，存在被氧化进而导致性能下降的风险，需进一步采用封装等复杂方法解决对应问题；同时，在使用过程中附着于衬底表面的导电材料容易导致脱落、位移等问题，对导电薄膜的稳定性产生巨大影响。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种应力传感器，它基于聚乙烯醇和金属纳米线形成的半包覆结构，具有较高的拉伸强度和较好的柔韧性，并对各种外力应变监测具有响应快、灵敏度高、稳定性好和可重复性优异的特点；且涉及的制备与回收工艺操作简单、成本低廉、绿色环保、可重复性好，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种应力传感器的制备方法，包括如下步骤：

1)将聚乙烯醇加热溶解于水中，得聚乙烯醇溶液；将其加入模具(室温)，进行室温蒸发，得粘稠状聚乙烯醇；

2)将金属纳米线分散液滴铸在粘稠状聚乙烯醇表面，进行自然蒸发成膜，在滴铸和自然蒸发过程中，金属纳米线逐渐均匀分布在聚乙烯醇基体的上部，其中，大部分金属纳米线被包覆在聚乙烯醇基体的上部，少量金属纳米线裸露在聚乙烯醇基体表面；形成分层复合并具有“半包覆”结构的应力传感器。

上述方案中，步骤1)中所述加热溶解温度为40～150℃。

上述方案中，所述聚乙烯醇与水的用量比为1g:20～200mL。

上述方案中，所述室温蒸发温度为10～30℃，时间为1～30min。

上述方案中，所述金属纳米线直径为30～120nm，长度为30～200μm。

上述方案中，所述金属纳米线包含但并不限于银纳米线、铜纳米线、金纳米线等中的一种或几种。

上述方案中，所述金属纳米线分散液的浓度为1～10mg/mL。

上述方案中，所述金属纳米线分散液中采用的溶剂可选用甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇、乙二醇、丙三醇、去离子水等中的一种或几种。

上述方案中，引入的金属纳米线分散液与聚乙烯醇溶液的质量比为1:(1～50)。

上述方案中，所述金属纳米线需在聚乙烯醇表面实现均匀平铺。