一种智能磁驱动自修复柔性压敏传感器的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种智能磁驱动自修复柔性压敏传感器的制备方法。方案为：首先制备出银纳米线和线型针状磁性镍；再合成出具有自修复功能的高分子基体材料；然后将银纳米线和磁性镍混合后加入到上述基体中，再进行交联、固化、成膜；将自修复柔性薄膜封装后，放入磁场中充磁取向，即可获得智能磁驱动自修复柔性压敏传感器。优点：1、银纳米线与线型针状磁性镍复配后，线型针状结构能与银线有效架构，导电通路更加有效；2、磁驱动自修复柔性压敏传感器采用二聚酸作为单体单元，使得制成的自修复柔性薄膜具有优异的力学性能；3、对模具施加磁场后易于各向异性磁性镍在高分子基体中定向取向，实现了智能磁驱动效果。

【技术实现步骤摘要】
智能磁驱动自修复柔性压敏传感器及其制备方法
本专利技术涉及一种智能传感器，尤其涉及一种智能磁驱动自修复柔性压敏传感器及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着材料学和柔性电子学的发展，电子皮肤和柔性传感器件在医疗健康、军事、航空航天、消费电子等产业领域表现出极大的应用潜力。因此，利用不同的材料来制备结构独特、灵敏度高、力学性能好的新型柔性压敏传感器的研究备受国内外研究者的广泛关注，并逐渐成为当前的重要前沿热点。压敏传感器又称压力传感器，是一种对外界压力较为敏感的传感器，被广泛应用于电子器件、可穿戴装备、机器人等领域。然而，目前现有压力传感器存在功能单一、精度差、寿命短等缺点，特别是当传感器受到外界破坏、自身疲劳、老化后，压力传感器丧失了其基本传感功能，严重降低设备的使用寿命及稳定性。因此，开发出一种具有自修复功能的传感器具有重要的意义。目前，有文献报道如吉林大学孙俊奇课题组，他们将吡咯烷酮修饰的银纳米线通过氢键作用与多层电解质膜进行复合，得到一种可自修复的导电薄膜，将其泡在水中10s即可实现修复或采用近红外光照进行自修复。厦门大学翁文桂、夏海平课题组设计了两种带有氨基甲酸酯的单体并进行自由基共聚得到一种自修复的超分子化合物。然后将超导电炭黑与自修复高分子进行复配，得到一种电导率达1s/cm的半导体。K.A.Williams等使用N-杂环卡宾和过渡金属合成得到一种导电自修复薄膜。这种材料的电导率达10-3S/cm，当材料受到破坏后，可通过加热（200oC）或在DMSO蒸汽下（150oC）持续加热2h实现愈合。然而，这些自修复导电高分子材料只能在水、有机蒸汽、近红外光照、高温加热等手段才能实现自修复。因此，如何制备出具有更智能、无需外界有机试剂帮助的自修复柔性压敏传感器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柔性自修复压敏传感器需要外界有机试剂、高热能量、人功干预的缺陷。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种智能磁驱动自修复柔性压敏传感器及其制备方法。该方法以一维银纳米线为导电相，以线型针状磁性镍作为磁驱动来源，充磁后能形成N-S取向，可实现自我智能自修复体系。本专利技术能有效的克服了现有技术的不足，具有巨大的市场应用前景和良好的经济社会效益。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：智能磁驱动自修复柔性压敏传感器及其制备方法，包括以下步骤：1）制备一维银纳米线材料a）乙二醇预处理：将50～100mL的乙二醇加入到三口烧瓶中在150～170℃充分加热10～30分钟；b）量取1～4mL的NaCl水溶液加入a）溶液中，加热10～15分钟；NaCl水溶液浓度为0.002～0.004mol/L；c）将一定量硝酸银溶于乙二醇中，形成0.3～0.5mol/L的硝酸银溶液；将一定量聚乙烯吡咯酮（PVP）溶于乙二醇中，形成0.4～0.6mol/L的PVP溶液；取10～15mL硝酸银溶液加入到混合溶液b）中，同时取30～45mL的PVP溶液通过蠕动泵缓慢滴入，时间控制在50～90分钟内；d）滴加结束后，将上述反应液取出静置至室温；然后将上述反应液在9000rpm下离心10分钟并用去离子水和无水乙醇多次清洗，最后得到粉末状产物；2）线型针状磁性镍制备a）前驱体溶液的制备：将0.01~0.06mol的NaOH溶解于20~60mL的乙二醇中，形成透明澄清溶液；超声10~30分钟后，转移至三口烧瓶中；然后将5~20mL的水合肼溶液快速加入到上述混合溶液中；b）将上述前驱体溶液（标记为溶液1）置于0.01~0.08T的磁场中，并加热至60~100℃；将1mmol~5mmol的镍盐在40℃下溶解到5~20mL的乙二醇中（标记为溶液2）；c）采用恒压滴液漏斗将溶液2滴定到溶液1中；滴加结束后，继续反应10~60分钟；d）反应结束后，采用磁分离技术将黑灰色产物分离并用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤3次，然后在60℃的真空烘箱中干燥12小时；3）制备智能磁驱动自修复高分子材料a）高分子预聚物：取一定量二聚酸和二乙烯三胺放入三口烧瓶中，以氮气作为保护气体，加热至150~170℃，机械搅拌，反应20~26小时，形成高分子预聚物；其中二聚酸和二乙烯三胺的质量比为2:1~3:1；b）将上述高分子预聚物溶入到二氯甲烷中，两者质量比1:1~1:5；然后将1）中的银纳米线和2）中的线型针状镍超声混合并加入到上述二氯甲烷混合溶液中；然后加入一定量甲醇和蒸馏水，充分搅拌，然后静置12小时；将下层液取出并在50℃烘箱中加热48小时；银纳米线与线型针状镍质量比1:1~1:3，固体颗粒的总质量与高分子预聚物质量比为0~55:100；二氯甲烷、甲醇、水的体积比为3:1:2；c）称取一定量的尿素，加入至提纯后的b）混合物中，在130~145℃下进行交联，时间2~12小时，即可得到磁性自修复压敏高分子材料；尿素与预聚物的质量比为5:100~20:100；d）取向成型及薄膜固化将步骤c中的磁性自修复压敏高分子材料用模具进行模压固化成膜。固化温度160℃，固化时间2小时，薄膜厚度5~200微米；4）磁驱动自修复柔性压敏传感器封装a）将步骤3）中得到的磁性自修复薄膜上下表面分别镀上导电金属薄膜，并用导线引出；导电金属薄膜为金、银、铂、铜等导电金属，金属层厚度为10~200微米；导线为银纳米线、金纳米线、铜箔等，导线直径（厚度）为10~1000微米；b）在处理后的薄膜上、下表面用柔性保护层进行保护封装，保护层的厚度为10~2500微米；柔性保护层可包括聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯；c）充磁取向：将上述得到的柔性传感器置于磁场中进行N-S充磁取向，即可获得智能磁驱动自修复柔性压敏传感器。所述智能磁驱动自修复柔性压敏传感器及其制备方法，其特征在于镍盐种类为氯化镍、硝酸镍、醋酸镍等。所述智能磁驱动自修复柔性压敏传感器及其制备方法，其特征在于柔性传感器进行N-S充磁取向时，磁场强度为10mT~1T，时间为5~30分钟。本专利技术以含有大量氢键的聚合物为基体，以银纳米线为导电相，以线型针状磁性镍磁驱动来源。这些特点使得本专利技术所述的智能磁驱动自修复柔性压敏高分子材料具有更广阔的应用前景，不仅能够解决目前传统的自修复导电高分子材料，而且还可以部分取代某些领域应用的柔性传感器。本专利技术的磁驱动自修复柔性压敏传感器，磁性镍在基体中的组成可适当增加，主要是磁性镍不仅拥有优越的磁性能，而且具有优越的导电性能。当线型针状磁性镍与银纳米线进行复配使用时，在自修复高分子基体中能更好的形成导电通路。同时，这种线型针状磁性镍表面具有针状结构，能更好的与银纳米线进行接触导电。此外，线型针状磁性镍与银纳米线复配使用后，这些含大量氢键的高分子基体会与表面的微氧化层中的氧元素形成氢键，使得无机/有机界面融合的更充分。这样使得本专利技术的磁驱动自修复柔性压敏传感器不仅具有优异的成型性、可裁剪性、力学性能等，而且具有优异的自修复性能、导电性能，这些都为这种磁驱动自修复柔性压敏传感器应用提供了保证。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：（1）本专利技术所制得的银纳米线与线型针状磁性镍复配后，能有效提高产品的导电性能，主要得益于线型针状结构能与银线有效架构，导电通路更加有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能磁驱动自修复柔性压敏传感器及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）制备一维银纳米线材料a）乙二醇预处理：将50～100 mL的乙二醇加入到三口烧瓶中在150～170℃充分加热10～30分钟；b）量取1～4 mL的NaCl水溶液加入a）溶液中，加热10～15分钟；NaCl水溶液浓度为0.002～0.004 mol/L；c）将一定量硝酸银溶于乙二醇中，形成0.3～0.5 mol/L的硝酸银溶液；将一定量聚乙烯吡咯酮（PVP）溶于乙二醇中，形成0.4～0.6 mol/L的PVP溶液；取10～15 mL硝酸银溶液加入到混合溶液b）中，同时取30～45mL的PVP溶液通过蠕动泵缓慢滴入，时间控制在50～90分钟内；d）滴加结束后，将上述反应液取出静置至室温；然后将上述反应液在9000 rpm下离心10分钟并用去离子水和无水乙醇多次清洗，最后得到粉末状产物；2）线型针状磁性镍制备a）前驱体溶液的制备：将0.01~0.06 mol的NaOH溶解于20~60 mL的乙二醇中，形成透明澄清溶液；超声10~30分钟后，转移至三口烧瓶中；然后将5~20 mL的水合肼溶液快速加入到上述混合溶液中；b）将上述前驱体溶液（标记为溶液1）置于0.01~0.08 T的磁场中，并加热至60~100℃；将1 mmol~5 mmol的镍盐在40℃下溶解到5~20 mL的乙二醇中（标记为溶液2）；c）采用恒压滴液漏斗将溶液2滴定到溶液1中；滴加结束后，继续反应10~60分钟；d）反应结束后，采用磁分离技术将黑灰色产物分离并用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤3次，然后在60℃的真空烘箱中干燥12小时；3）制备智能磁驱动自修复高分子材料a）高分子预聚物：取一定量二聚酸和二乙烯三胺放入三口烧瓶中，以氮气作为保护气体，加热至150~170℃，机械搅拌，反应20~26小时，形成高分子预聚物；其中二聚酸和二乙烯三胺的质量比为2:1~3:1；b）将上述高分子预聚物溶入到二氯甲烷中，两者质量比1:1~1:5；然后将1）中的银纳米线和2）中的线型针状镍超声混合并加入到上述二氯甲烷混合溶液中；然后加入一定量甲醇和蒸馏水，充分搅拌，然后静置12小时；将下层液取出并在50℃烘箱中加热48小时；银纳米线与线型针状镍质量比1:1~1:3，固体颗粒的总质量与高分子预聚物质量比为0~55:100；二氯甲烷、甲醇、水的体积比为3:1:2；c）称取一定量的尿素，加入至提纯后的b）混合物中，在130~145℃下进行交联，时间2~12小时，即可得到磁性自修复压敏高分子材料；尿素与预聚物的质量比为5:100~20:100；d）取向成型及薄膜固化将步骤c中的磁性自修复压敏高分子材料用模具进行模压固化成膜；固化温度160℃，固化时间2小时，薄膜厚度5~200微米；4）磁驱动自修复柔性压敏传感器封装a）将步骤3）中得到的磁性自修复薄膜上下表面分别镀上导电金属薄膜，并用导线引出；导电金属薄膜为金、银、铂、铜等导电金属，金属层厚度为10~200微米；导线为银纳米线、金纳米线、铜箔等，导线直径（厚度）为10~1000微米；b）在处理后的薄膜上、下表面用柔性保护层进行保护封装，保护层的厚度为10~2500微米；柔性保护层可包括聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯；c）充磁取向：将上述得到的柔性传感器置于磁场中进行N‑S充磁取向，即可获得智能磁驱动自修复柔性压敏传感器。...

【技术特征摘要】
1.一种智能磁驱动自修复柔性压敏传感器及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）制备一维银纳米线材料a）乙二醇预处理：将50～100mL的乙二醇加入到三口烧瓶中在150～170℃充分加热10～30分钟；b）量取1～4mL的NaCl水溶液加入a）溶液中，加热10～15分钟；NaCl水溶液浓度为0.002～0.004mol/L；c）将一定量硝酸银溶于乙二醇中，形成0.3～0.5mol/L的硝酸银溶液；将一定量聚乙烯吡咯酮（PVP）溶于乙二醇中，形成0.4～0.6mol/L的PVP溶液；取10～15mL硝酸银溶液加入到混合溶液b）中，同时取30～45mL的PVP溶液通过蠕动泵缓慢滴入，时间控制在50～90分钟内；d）滴加结束后，将上述反应液取出静置至室温；然后将上述反应液在9000rpm下离心10分钟并用去离子水和无水乙醇多次清洗，最后得到粉末状产物；2）线型针状磁性镍制备a）前驱体溶液的制备：将0.01~0.06mol的NaOH溶解于20~60mL的乙二醇中，形成透明澄清溶液；超声10~30分钟后，转移至三口烧瓶中；然后将5~20mL的水合肼溶液快速加入到上述混合溶液中；b）将上述前驱体溶液（标记为溶液1）置于0.01~0.08T的磁场中，并加热至60~100℃；将1mmol~5mmol的镍盐在40℃下溶解到5~20mL的乙二醇中（标记为溶液2）；c）采用恒压滴液漏斗将溶液2滴定到溶液1中；滴加结束后，继续反应10~60分钟；d）反应结束后，采用磁分离技术将黑灰色产物分离并用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤3次，然后在60℃的真空烘箱中干燥12小时；3）制备智能磁驱动自修复高分子材料a）高分子预聚物：取一定量二聚酸和二乙烯三胺放入三口烧瓶中，以氮气作为保护气体，加热至150~170℃，机械搅拌，反应20~26小时，形成高分...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈伟，赵博文，杜逸纯，周兴，王丽丽，曹丰，宋冠宇，刘涵，汤强，王俊壹，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32