导电组合物、导电弹性体薄膜及柔性压力传感器制造技术

本发明专利技术一实施方式提供了一种导电组合物、导电弹性体薄膜及柔性压力传感器，该导电组合物包括弹性体材料、碳基粉体和导电油墨。本发明专利技术一实施方式的导电组合物所制得的导电弹性体薄膜，用于柔性压力传感器，具有工艺简单、成本低、灵敏度高和检测力值范围宽的特点。灵敏度高和检测力值范围宽的特点。灵敏度高和检测力值范围宽的特点。

【技术实现步骤摘要】
导电组合物、导电弹性体薄膜及柔性压力传感器


[0001]本专利技术涉及导电组合物，具体为一种可用于柔性压力传感器的导电组合物。

技术介绍

[0002]随着柔性压力传感器的研究深入，其在人工皮肤、可穿戴电子器件、健康监测等领域的关键应用引起了广泛关注。压力传感器根据传感原理分为电容式、压电式和电阻式，其中，电阻式压力传感器由于具有制作过程简单和信号采集方便等优势被广泛应用。
[0003]目前，柔性压力传感器多以柔性硅胶体作为基材来实现其柔性和可延展性，而电阻式压力传感器的传感原理通常分为两种：一是利用材料自身的压阻效应，即随着外部压力的增加引起材料内部的导电通路数量变化而引起电阻变化；二是随着传感器外部压力的增加改变电极与压力敏感层表面图案的接触面积，从而引起电阻的变化。
[0004]后者将导电材料制备的图案化硅胶薄膜基底表面作为敏感层，当受到压力时，相应的图案变形引起与电极接触面积变化，继而引起电阻变化，从而实现压力传感。但由于在施加外力过程中图案的形变有限，从而限制了压力传感器的测量范围。另外，其灵敏度在低压力范围内较高，随着压力的增加迅速下降。因此，此类型的传感器具有灵敏度高、测量范围窄的特点。
[0005]而前者的敏感层通常为导电弹性体，是将导电材料掺入到不导电的硅胶中得到压阻材料，通过施加压力改变传感器敏感层内部导电通路数量，从而改变导电率。此类压阻材料多选用碳纳米管(CNTs)、石墨烯(graphene)、银纳米线(AgNWs)或是导电炭黑作为导电填料掺入到硅胶材料中得到导电体。上述导电填料分散在矩阵中，形成导电网络，当被施加外力时，此导电材料受压，其内部导电填料的间距变小，导电通路增多从而降低了传感器的输出电阻，实现压阻性能。
[0006]与第二种利用力敏感层表面图案变形实现传感的器件相比，利用压阻效应的传感器在测量范围上有所拓宽，但在灵敏度上有所降低。原因是采用上述填料添加得到的导电弹性体压阻材料电导率都很低，单位体积内导电粒子的接触点有限。当施加较小压力时，导电通路数量增加较慢，影响传感器灵敏度，随着压力的增加，利用弹性材料的可压缩性，仍然可以增加材料内部导电通路，但在较大的压力范围内其灵敏度仍然是持续降低的。另外上述填料的大部分都是制作成本较高的材料，这限制了其大规模生产的可能。因此，制备一种成本低廉、制作工艺简单、检出限低、灵敏度高以及测量范围宽的柔性压力传感器是研究者的研究目标。

技术实现思路

[0007]本专利技术的一个主要目的在于提供一种高导电且具有力敏性能的导电组合物，包括弹性体材料、碳基粉体和导电油墨，利用不同维度的导电填料在弹性体材料中形成多级导电网络，提高材料的电导率，利用其作为压力传感器的力敏感层可以实现检出限低、测试压力范围广且具有高灵敏度等优异特点。
[0008]根据本专利技术一实施方式，所述导电组合物包括6～18质量份所述碳基粉体、49～60质量份所述弹性体材料和31～35质量份所述导电油墨。
[0009]根据本专利技术一实施方式，所述弹性体材料包括橡胶。
[0010]根据本专利技术一实施方式，所述碳基粉体选自碳纤维粉、生物质炭、导电炭黑、石墨粉中的一种或多种。
[0011]根据本专利技术一实施方式，所述导电油墨包括导电碳油墨，和/或，所述弹性体材料包括聚二甲基硅氧烷。
[0012]本专利技术一实施方式提供了一种导电弹性体薄膜，由上述的导电组合物制得。
[0013]本专利技术一实施方式提供了一种上述导电弹性体薄膜的制备方法，包括：
[0014]将所述碳基粉体、所述弹性体材料制成碳基粉体-弹性体材料复合浆料；
[0015]将所述导电油墨与所述复合浆料混合，制得导电弹性体浆料；以及
[0016]将所述导电弹性体浆料涂于基板上，固化后，制得所述导电弹性体薄膜。
[0017]本专利技术一实施方式提供了一种柔性压力传感器，包括上述的导电弹性体薄膜或上述的导电弹性体薄膜的制备方法制得的导电弹性体薄膜。
[0018]根据本专利技术一实施方式，所述柔性压力传感器包括力敏感层，所述力敏感层包括所述导电弹性体薄膜。
[0019]本专利技术一实施方式提供了一种电极，包括上述的导电弹性体薄膜或上述的导电弹性体薄膜的制备方法制得的导电弹性体薄膜。
[0020]本专利技术一实施方式的导电组合物所制得的导电弹性体，用于柔性压力传感器，具有工艺简单、成本低、灵敏度高、检测力范围广的特点。
附图说明
[0021]图1为本专利技术一实施方式的导电组合物构成示意图；
[0022]图2为本专利技术一实施方式的平面导电弹性体薄膜的制备流程图；
[0023]图3为本专利技术一实施方式的图案化的导电弹性体薄膜的制备流程图；
[0024]图4为本专利技术一实施方式的柔性压力传感器的结构示意图；
[0025]图5a为本专利技术实施例1所制得的压力传感器的压力测试曲线图；
[0026]图5b为本专利技术实施例2所制得的压力传感器的压力测试曲线图；
[0027]图6为本专利技术实施例2所制得最佳配比导电弹性体薄膜组装成压力传感器的检出限展示图；
[0028]图7为本专利技术实施例3所制得的压力传感器的性能展示图。
具体实施方式
[0029]体现本专利技术特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本专利技术能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本专利技术的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本专利技术。
[0030]本专利技术一实施方式提供了一种导电组合物，包括弹性体材料、碳基粉体和导电油墨。
[0031]于一实施方式中，弹性体材料可以是橡胶。
[0032]于一实施方式中，橡胶可以为硅橡胶，硅橡胶可以是ecoflex、聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
[0033]于一实施方式中，碳基粉体可以是基于碳元素的粉体，特别是碳单质的粉体，例如碳纤维粉、生物质炭、导电炭黑、石墨粉中的一种或多种，由于碳基粉体的价格较低，使用其降低了所制得的导电弹性体的成本。
[0034]于一实施方式中，导电油墨可以是导电碳油墨。
[0035]于一实施方式中，导电组合物包括13质量份碳基粉体、52质量份弹性体材料和35质量份导电油墨。
[0036]于一实施方式中，碳基粉体占导电组合物总质量的6～18wt％，例如8％、10％、12％、13％、14％、15％、17％等。碳基粉体的含量在上述质量范围内，会使制备过程中所形成的浆料分散均匀，从而得到机械性能好且电学性能稳定的产品。
[0037]于一实施方式中，碳纤维粉的纤维直径可以为5～10μm，例如8μm；长度可以为10～100μm，例如20μm、30μm、50μm、80μm等。
[0038]于一实施方式中，弹性体材料占导电组合物总质量的49～60wt％，例如、50％、52％、55％、58％等。
[0039]于一实施方式中，导电油墨占导电组合物总质量的31～35wt％，例如32％、33本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电组合物，包括弹性体材料、碳基粉体和导电油墨。2.根据权利要求1所述的导电组合物，其中，包括6～18质量份所述碳基粉体、49～60质量份所述弹性体材料和31～35质量份所述导电油墨。3.根据权利要求1所述的导电组合物，其中，所述弹性体材料包括橡胶。4.根据权利要求1所述的导电组合物，其中，所述碳基粉体选自碳纤维粉、生物质炭、导电炭黑、石墨粉中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的导电组合物，其中，所述导电油墨包括导电碳油墨，和/或，所述弹性体材料包括聚二甲基硅氧烷。6.一种导电弹性体薄膜，由权利要求1至5中任一项所述的导电组合物制得。7.一种权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏迪，张丽娟，柳絮，周亚宁，钟梦娟，王杨俭，
申请(专利权)人：北京石墨烯研究院，
类型：发明
国别省市：