柔性压力传感器用导电碳桨及其制备方法和压力传感器技术

本发明专利技术涉及一种柔性压力传感器用导电碳桨及其制备方法和压力传感器，以质量百分含量计，该导电碳桨的原料配方包括以下组分：石墨烯1~25%、碳纳米管0.04~1.5%、分散剂0.001~1%、油性树脂5~45%、增稠剂1~10%、偶联剂0.01~5%、第一溶剂25~70%和第二溶剂20~40%。本发明专利技术的导电碳桨通过在树脂体系中添加石墨烯片和少量的碳纳米管，配合分散剂、偶联剂和增塑剂的使用，使得制备的导电碳桨具有高灵敏性、高稳定性、最低检测极限低、耐弯折、与柔性基底间粘附力强等优点。在压力作用下，固化后的导电碳桨树脂体系中的石墨烯与碳纳米管所构成的导电网络发生变化，已固化的导电碳桨电阻增大，压力敏感性高，可感知微小压力变化。可感知微小压力变化。可感知微小压力变化。

【技术实现步骤摘要】
柔性压力传感器用导电碳桨及其制备方法和压力传感器


[0001]本专利技术属于柔性压力传感器用导电碳桨
，具体涉及一种柔性压力传感器用导电碳桨及制备方法和压力传感器。

技术介绍

[0002]柔性压力传感器具有良好的柔韧性、延展性、甚至可自由弯曲甚至折叠，而且结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意布置，能够非常方便地对复杂被测量对象进行检测。柔性压力敏感材料则是柔性压力传感器技术开发的关键因素。目前，柔性压力传感器中敏感材料存在稳定性不好、灵敏度不高、最低检测极限高、耐弯折性不佳、与柔性基底粘附力不足等问题。
[0003]如中国专利CN109785995A提供了一种用于制备柔性压阻式传感器的多孔导电浆料，利用粒径可调的牺牲性模板制备多孔导电浆料，增加了导电浆料成膜后的纳米孔或微米孔数量，在应力作用下，孔周围的导电颗粒相互接触，有效降低材料的电导率，从而与导电颗粒协同提升柔性压阻式传感器的灵敏度，然而其稳定性和耐折弯性未知，有待考察。
[0004]中国专利CN104262967A公开了一种用于压力传感器中的敏感材料，该敏感材料具有较好的稳定性和灵敏性，然而其耐折弯性未涉及，有待考察。
[0005]中国专利CN104558701A利用新型组装方法制备了一种具体层状微观结构的石墨烯超弹性宏观材料，该材料具有较好的力学回弹特性和压力敏感性，然而该材料的稳定性和与柔性基底粘附力未知，有待考擦。
[0006]中国专利CN109637697A公开了一种石墨烯导电浆料及其制备方法，该方法包括将分散剂和溶剂进行混合处理得到混合液，以使所述分散剂和所述溶剂混合均匀；向所述混合液中加入石墨烯、碳纳米管以及粘结剂得到第一预混料；将所述第一预混料进行搅拌和超声分散得到第二预混料；将所述第二预混料进行研磨处理，得到导电浆料；将所述导电浆料进行超声分散得到所述石墨烯导电浆料。该方法简单可行，不会破坏石墨烯和碳纳米管的结构，制得的石墨烯浆料具有较少的团聚现象和优良的导电性能，性质稳定均一，适合大规模工业化生产。然而该导电浆料是针对电极材料进行开发的，完全不涉及压力敏感性和折弯性能，且从导电浆料的配方来看，该导电浆料也不适用于制备柔性压力传感器上。
[0007]总之，目前的柔性压力传感器中的敏感材料存在稳定性不好、灵敏度不高、最低检测极限高、耐折弯性不佳或与柔性基底间粘附力不足等问题。如有的材料灵敏度高，但耐折弯性不佳；有的材料耐折弯性好，但灵敏度或稳定性不高。目前还没有一种材料能够很好的满足稳定性、灵敏度、耐折弯性、最低检测极限低及与柔性基底间粘附力好等综合性能要求。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足而提供一种新的柔性压力传感器用导电碳桨及其制备方法，该导电碳桨具有高灵敏性、耐折弯、高稳定性、与柔性基底间粘附力
强等优异的综合性能。
[0009]本专利技术还提供一种柔性压力传感器。
[0010]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0011]一种柔性压力传感器用导电碳桨，以质量百分含量计，所述导电碳桨的原料配方包括以下组分：
[0012][0013]根据本专利技术的一些优选实施方式，以质量百分含量计，所述导电碳桨的原料配方包括以下组分：
[0014][0015]优选地，所述石墨烯与碳纳米管的质量比为20:1。
[0016]根据本专利技术的一些实施方面，所述石墨烯为1～5层的薄层石墨烯片。
[0017]根据本专利技术的一些实施方面，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或几种的组合。
[0018]根据本专利技术的一些实施方面，所述分散剂为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、赖氨酸、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种的组合。
[0019]根据本专利技术的一些实施方面，所述油性树脂为聚氨酯树脂、聚硅氧烷树脂、丙烯酸树脂三者的共混树脂，其中，所述聚氨酯树脂与聚硅氧烷树脂的质量比为2:5～2:3，所述聚硅氧烷树脂与丙烯酸树脂的质量为1:8～4:9。选用该三种树脂共混作为树脂体系，有助于提高电性能稳定性和压力敏感性能。
[0020]进一步地，所述聚氨酯树脂为固含量30-45％油性聚氨酯树脂；
[0021]所述聚硅氧烷树脂为无溶剂的液体聚硅氧烷树脂；
[0022]所述丙烯酸树脂为固含量45-75％的油性丙烯酸树脂。
[0023]选用聚氨酯树脂、丙烯酸树脂及聚硅氧烷树脂三者复配，并通过调整树脂与石墨烯、碳纳米管的比例，配合增稠剂、偶联剂的使用，有助于提高导电碳桨的稳定性、压力敏感性及耐折弯性。
[0024]根据本专利技术的一些实施方面，所述增稠剂为槐豆胶。所述增稠剂的添加不仅能够有助于提高导电碳桨的印刷性能，且还能避免导电碳桨放置一段时间后沉降，提高导电碳桨的稳定性。
[0025]根据本专利技术的一些实施方面，所述偶联剂为硅烷偶联剂。配方中添加一定量的偶联剂，与所述油性树脂配合，进一步提高电导碳桨与柔性衬底的粘附力。
[0026]根据本专利技术的一些实施方面，所述第一溶剂为乙二醇。
[0027]根据本专利技术的一些实施方面，所述第二溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二乙二醇乙醚醋酸酯、乙二醇丁醚中的一种或多种的组合。
[0028]本专利技术采取另一技术方案：一种上述柔性压力传感器用导电碳桨的制备方法，包括以下步骤：
[0029](1)按配方，将石墨烯、碳纳米管、分散剂和第一溶剂混合，研磨，直至浆料粒度在0.01～5μm；
[0030](2)将油性树脂、偶联剂和第二溶剂加入经步骤(1)制得的浆料中，在40～70℃下研磨；
[0031](3)将增稠剂加入经步骤(2)制得的浆料中，搅拌，研磨至粒度6μm以下；
[0032](4)将经步骤(3)制得的浆料进行脱泡，制得导电碳桨。
[0033]进一步地，步骤(1)中，所述研磨在50～80℃下进行。将石墨烯、碳纳米管、分散剂和第一溶剂在50～80℃下研磨有助于增加石墨烯和碳纳米管的接触以及碳纳米管在石墨烯片层之间的有序分布，利于后期导电网络的形成，进而提高导电碳桨的压力敏感性。
[0034]进一步地，步骤(2)中，所述研磨在40～70℃下进行，时间为20～40min。
[0035]进一步地，步骤(3)中，所述搅拌至浆料无分层。
[0036]进一步地，步骤(4)中，所述脱泡至气泡残留不超过0.5％。
[0037]本专利技术采取的又另一技术方案，一种柔性压力传感器，包括柔性衬底及形成在所述柔性衬底上的压力传感层，所述压力传感层采用上述所述的导电碳桨涂覆在所述柔性衬底上固化形成。
[0038]压力传感层的厚度大于10μm小于1000μm。
[0039]进一步地，所述柔性衬底为聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性衬底。
[0040]进一步地，所述固化在100～150℃下烘烤。
[0041]进一步地，所述涂覆采用印刷的方式进行涂覆。
[0042]由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性压力传感器用导电碳桨，其特征在于，以质量百分含量计，所述导电碳桨的原料配方包括以下组分：石墨烯
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1~25%；碳纳米管
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0.04~1.5%；分散剂
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0.001~1%；油性树脂
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5~45%；增稠剂
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1~10%；偶联剂
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0.01~5%；第一溶剂
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25~70%；第二溶剂
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20~40%。2.根据权利要求1所述的柔性压力传感器用导电碳桨，其特征在于，以质量百分含量计，所述导电碳桨的原料配方包括以下组分：石墨烯
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6~10%；碳纳米管
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0.2~1%；分散剂
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0.01~0.5%；油性树脂
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10~30%；增稠剂
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2~5%；偶联剂
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0.02~2%；第一溶剂
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35~55%；第二溶剂
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25~35%。3.根据权利要求2所述的柔性压力传感器用导电碳桨，其特征在于：所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔺洪振，李付锦，李麟阁，程双，王健，
申请(专利权)人：苏州烯时代材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：