一种用于压力传感器中的敏感材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于压力传感器中的敏感材料，敏感材料由碳材料和可挥发性溶剂按一定比例混合并超声，再加入柔性高分子聚合物搅拌后加热固化而制备得到；所述碳材料与可挥发性溶剂的质量比为1:1～1:50，所加入的柔性高分子聚合物与碳材料的质量比为1:0.5～1:50；所述敏感材料具有三维孔状结构。本发明专利技术还公开了一种用于压力传感器中的敏感材料的制备方法。本发明专利技术的方法具有原料廉价、工艺简单、操作方便和适合大规模工业化生产的优点，本发明专利技术的敏感材料为柔性材料，具有三维孔状结构，实现材料中气-固两相的存在，具有较高的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于压力传感器中的敏感材料及其制备方法
本专利技术涉及纳米敏感材料，尤其涉及一种用于压力传感器中的敏感材料及其制备方法。
技术介绍
为了能够与信息时代信息量激增、要求捕获和处理信息的能力日益增强的技术发展趋势保持一致，对于压力传感器的精确性、可靠性和灵敏性等要求越来越严格，而传统的压力传感器体积大，很难满足上述高性能要求，因此，它们逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代。然而，敏感材料是压力传感器的重要组成部分，目前，用于压力传感器中的敏感材料主要是金属、金属氧化物或半导体材料等，这几类材料具有柔韧性差、制备工艺复杂、耐磨性不好等缺点。目前，有文献报道，如美国斯坦福大学的鲍哲南教授课题组利用聚吡咯(Polypyrrole,PPY)水凝胶材料通过多相反应来制备具有空心微球结构的弹性导电薄膜用于压力传感器，该材料的最低检测限为9Pa，对应灵敏度为0.26K·Pa-1，由于PPY是一种高分子聚合物材料，长期放置在空气中会慢慢降解；此外，类似于微球这种传统密封结构的材料，其在外界压力作用下，压力与材料形变是非线性的，这会导致压力与电信号改变的线性区域较窄。另外，中国科技大学的俞书宏教授组通过还原氧化石墨烯包覆的聚氨酯海绵材料制备出具有纤维网状结构的多孔导电海绵,并将其用于压敏传感，该敏感材料的最低检测限为0.8Pa，对应灵敏度为1K·Pa-1，但该还原氧化石墨烯包覆的聚氨酯海绵材料很难做薄且耐磨性不好，灵敏度较低，因此，如何制备出一种稳定性好、灵敏度高、最低检测限低且能做薄的又可用于压力传感器中的敏感材料是目前研究的重要课题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于如何克服现有的用于压力传感器的敏感材料稳定性不好、灵敏度不高、最低检测限高且不能做薄的缺陷。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于压力传感器中的敏感材料，敏感材料由碳材料和可挥发性溶剂按一定比例混合并超声，再加入柔性高分子聚合物搅拌后加热固化而制备得到；所述碳材料与可挥发性溶剂的质量比为1:1～1:50，所加入的柔性高分子聚合物与碳材料质量比为1:0.5～1:50；所述敏感材料具有三维孔状结构。其中，所述可挥发性溶剂可以与碳材料进行混合，而且在三维孔状结构形成的过程中发挥非常重要的作用。在三维孔状结构形成的过程中随着可挥发性溶剂的挥发，会在柔性高分子聚合物中形成排气孔道而引入气相，实现材料中气-固两相的存在，进而形成类似蚂蚁窝状的三维孔状结构的敏感材料。具体地，所述敏感材料的孔的大小为0.2～20μm，且孔与孔之间的间隙为10～200μm。其中，所述碳材料、可挥发性溶剂和柔性高分子聚合物三者之间不同的质量比，所制备的具有三维孔状结构的敏感材料中孔的大小不一、孔与孔之间的间隙不等，只有当制备的三维孔状结构中孔的大小为0.2～20μm，且孔与孔之间的间隙为10～200μm时，所述敏感材料的灵敏度最高和最低检测限最低。进一步地，所述碳材料选自石墨烯、还原氧化石墨烯、氧化石墨烯和碳纳米管中的一种或其结合。进一步地，所述可挥发性溶剂为乙醇、四氯化碳、二氯甲烷、乙酸乙酯和丙酮中的一种或者多种的组合。相应地，本专利技术还提供了一种用于压力传感器中的敏感材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将碳材料和可挥发性溶剂按一定比例混合后进行超声处理，得浆液状混合物；S2、在浆液状混合物中加入一定量的柔性高分子聚合物，搅拌后得粘稠状混合物；S3、将步骤S2中制得的粘稠状混合物加热固化，进而形成具有三维孔状结构的敏感材料，且所述三维孔状结构中孔的大小为0.2～20μm，且孔与孔之间的间隙为10～200μm。进一步地，在步骤S1中，所述碳材料和可挥发性溶剂的质量比为1:1～1:50，超声处理时间为1～120min。进一步地，在步骤S2中，所述柔性高分子聚合物与碳材料的质量比为1:0.5～1:50，搅拌时间为0.5～3h。进一步地，所述步骤S3中的加热温度为40～90℃，加热时间为1～3h。进一步地，所述柔性高分子聚合物通过以下方式制备得到：将质量比为1:10的引发剂和反应剂混合搅拌后放入真空箱中保持1～100min。具体地，通过调节碳材料、可挥发性溶剂和柔性高分子聚合物三者的比例来调控孔的疏密和大小，进而调控所述敏感材料的灵敏度。本专利技术的用于压力传感器中的敏感材料及其制备方法，具有如下有益效果：1、本专利技术的方法具有原料廉价、工艺简单、操作方便和适合大规模工业化生产的优点。2、本专利技术的敏感材料具有类似蚂蚁窝的三维孔状结构，实现材料中气-固两相的存在，所以具有较高的灵敏度，外界压力对材料形变的线性范围较宽，所以压力与敏感材料电信号变化的线性区域较大。3、可以通过调节含碳原料、可挥发性溶剂、柔性高分子聚合物三者的比例来调控三维孔状结构的孔的疏密和大小，进而调控敏感材料的灵敏度，形成具有高灵敏度的压力传感器。4、碳材料和柔性高分子聚合物具有好的稳定性，因此，制备得到的敏感材料具有很好的稳定性，再结合柔性衬底和保护层，很容易形成稳定的整体而加工制作成具有最佳性能的轻薄柔性压力传感器。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1是本专利技术实施例一的敏感材料SEM图；图2是本专利技术实施例二的敏感材料SEM图；图3是本专利技术实施例三的敏感材料SEM图；图4为本专利技术实施例三的电流-时间图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一：本专利技术提供了一种用于压力传感器中的敏感材料，敏感材料由碳材料和可挥发性溶剂按一定比例混合并超声，再加入柔性高分子聚合物搅拌后加热固化而制备得到；所述碳材料与可挥发性溶剂的质量比为1:1，所加入的柔性高分子聚合物与碳材料质量比为1:0.5；所制备得到的敏感材料具有三维孔状结构。其中，所述柔性高分子聚合物为聚二甲基硅氧烷。请参见图1，图1为本专利技术实施例中碳材料、可挥发性溶剂与聚二甲基硅氧烷三者之间的质量比为1:1:2时，所制备的具有三维孔状结构的敏感材料的SEM图。所述碳材料为还原氧化石墨烯，所述可挥发性溶剂为乙醇，由图1可以看出，所述敏感材料的孔的大小不均，为0.2～1μm，且孔与孔之间的间隙不等，为10～30μm。所述碳材料还可以是石墨烯、氧化石墨烯和碳纳米管(单壁、多壁)的一种或多种的组合。所述可挥发性溶剂还可以为四氯化碳、二氯甲烷、乙酸乙酯和丙酮中的一种或者多种的组合。相应地，本专利技术还提供了一种用于压力传感器中的敏感材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将1g的还原氧化石墨烯和1g乙醇混合均匀后超声1min，得浆液状混合物；S2、在浆液状混合物中加入2g的聚二甲基硅氧烷，其密度为1.043g/cm3，搅拌0.5h后得粘稠状混合物；S3、将步骤S2中制得的粘稠状混合物在40℃下加热固化3h，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于压力传感器中的敏感材料，其特征在于，敏感材料由碳材料和可挥发性溶剂按一定比例混合后进行超声处理，再加入柔性高分子聚合物搅拌后加热固化而制备得到；所述碳材料与可挥发性溶剂的质量比为1:1～1:50，所加入的柔性高分子聚合物与碳材料的质量比为1:0.5～1:50；所述敏感材料具有三维孔状结构。

【技术特征摘要】
1.一种用于压力传感器中的敏感材料，其特征在于，敏感材料由碳材料和可挥发性溶剂按一定比例混合后进行超声处理，再加入柔性高分子聚合物搅拌后加热固化而制备得到；所述碳材料与可挥发性溶剂的质量比为1:1～1:50，超声处理时间为1～120min，所加入的柔性高分子聚合物与碳材料的质量比为1:0.5～1:50，加热温度为40～90℃，加热时间为1～3h，搅拌时间为0.5～3h；所述敏感材料具有三维孔状结构，所述柔性高分子聚合物为聚二甲基硅氧烷，所述柔性高分子聚合物通过以下方式制备得到：将质量比为1:10的引发剂和反应剂混合搅拌后放入真空箱中保持1～100min，所述敏感材料的孔的大小为0.2～20μm，且孔与孔之间的间隙为10～200μm，所述碳材料选自石墨烯、还原氧化石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管中的一种或多种的组合，所述可挥发性溶剂为乙醇、四氯化碳、二氯甲烷、乙酸乙酯和丙酮中的一种或多种的组合。2.一种用于压力传感器中的敏感材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将碳材料和可...

【专利技术属性】
技术研发人员：张珽，熊作平，
申请(专利权)人：苏州能斯达电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32