一种基于石墨烯的纸基柔性压力传感器及其制备方法技术

本申请涉及传感器技术领域，尤其涉及一种基于石墨烯的纸基柔性压力传感器及其制备方法。目前各种基于石墨烯的纸基柔性压力传感器，存在生产工艺复杂、价格昂贵、灵敏度与导电性能不佳的缺点。本申请基于石墨烯的纸基柔性压力传感器的制备方法，由于制备流程简单，生产的效率相对较高；本申请中采用的纸，可选择自然可降解的纸张作为传感器基体，具有良好的环保性能和轻柔性，节约经济成本。同时可大规模集成并适用于可穿戴柔性设备，在相对较小的压强范围内，具有极高灵敏度，可用于监测人体各种微小的压力动作，例如脉搏、呼吸、喉咙发声等。本申请的传感器的耐久性和稳定性良好，适用于长期使用。

The invention relates to a paper-based flexible pressure sensor based on graphene and a preparation method thereof

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯的纸基柔性压力传感器及其制备方法
本申请涉及传感器
，尤其涉及一种基于石墨烯的纸基柔性压力传感器及其制备方法。
技术介绍
传感技术，作为信息技术的发展核心，自第三次科技革命以来一直是世界级的研究重点。广泛应用的传感材料，根据感知信息的不同，可分为力敏传感材料、温度传感材料、气体传感材料以及生理信号传感材料等类型。其中，力敏传感材料是目前传感材料研究的热点。所谓力敏传感材料，是指对各种不同应力具有敏锐感知能力，并能将应力信息转化为电信号的一类导电复合材料。随着可穿戴电子设备领域的飞速发展，人们开始倾向于使用更便携的可穿戴传感材料。不同于传统厚重的传感设备，这些可穿戴的传感材料体积小、质轻，且能任意弯曲、延展，满足人体穿戴并能实现长时间持续性地服务。因此，可穿戴传感器成为未来医学监测、远程护理、人机交互、智能通讯等领域研究热门，这也对传感材料本身提出了更高的柔性、延展性和灵敏性的要求。压力传感器主要包括：压电式、压阻式、电容式以及晶体管式。压电式传感器主要基于压电材料，而压电材料需要在持续变化的动态压力下才能激发电荷，故通常只适用于动态信号检测；基于电容结构的力学器件通常较易受到各种信号干扰，可靠性较差；而晶体管传感器制备工艺和处理电路复杂，设计成本较高。相对而言，压阻式传感器结构设计简单，制造成本低廉，近年来成为科学家关注的热点。而基于热还原的石墨烯材料在电气性能、导电性、固有和结构柔韧性、重量、化学成分高和热稳定性等方面具有显著的优势。作为灵活、耐磨的压力传感器的优选材料，将石墨烯材料与高分子支撑材料进行混合，可以获得工艺简便、性能优异的压阻式压力传感器。纸作为生产生活中最常见的一种材料，有着低成本、重量轻、降解性能好以及可折叠等优点，具有作为柔性压力传感器的较大潜能，吸引了广大研究人员的研究兴趣。然而，目前各种基于石墨烯的纸基柔性压力传感器，存在生产工艺复杂、价格昂贵、灵敏度与导电性能不佳的缺点，亟待一种生产工艺优化、价格相对廉价同时在灵敏度与导电性能方面更佳的石墨烯纸基柔性压力传感器。
技术实现思路
本申请提供了一种基于石墨烯的纸基柔性压力传感器及其制备方法，以解决当前基于石墨烯的纸基柔性压力传感器存在生产工艺复杂、价格昂贵、灵敏度与导电性能不佳的问题。本申请采用的技术方案如下：本申请的第一方面，提供一种基于石墨烯的纸基柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：将纸进行真空干燥处理；将干燥好的纸和氧化石墨烯分散液放入培养皿中混合，使氧化石墨烯分散液完全浸泡润湿纸；将压实重物覆于浸泡在氧化石墨烯分散液中的纸上，进行平整压实；使纸在氧化石墨烯分散液中浸泡8-24小时，随后将浸泡过的纸转移至100-500摄氏度的环境中进行高温处理3-5小时，得到还原的石墨烯；将高温处理后的纸冷却至室温后，取出n层纸叠放整齐，其中n为大于等于3的自然数，将上下层分别与两条导电胶带相连，并用电池封装胶带进行封装，露出导电胶带的端头，得到基于石墨烯的纸基柔性压力传感器。可选的，所述真空干燥处理的条件为：气压范围为0-100Pa，真空减压方式为梯度减压，温度范围为80-95℃，时间为12-48小时。可选的，所述真空干燥处理的条件为：气压为50Pa，温度为90℃，时间为24小时。可选的，所述纸具备较好的吸水性，且具有多孔结构，所述氧化石墨烯分散液的浓度为1-10mg/ml，所述氧化石墨烯分散液的溶剂为水。可选的，所述培养皿直径为60mm，所述培养皿在水平面上完全容纳平整状态的所述纸。可选的，所述压实重物为金属制品，与所述纸和所述氧化石墨烯分散液均不发生化学反应。可选的，在所述使纸在氧化石墨烯分散液中浸泡8-24小时，随后将浸泡过的纸转移至100-500摄氏度的环境中进行高温处理3-5小时，得到还原的石墨烯的步骤中：所述高温处理的环境温度具体为200摄氏度。可选的，所述n＝3，所述导电胶带为导电铜胶带或导电银质胶带，所述电池封装胶带为PI胶带。本申请的另一方面，提供一种基于石墨烯的纸基柔性压力传感器，采用上述方法进行制备，所述基于石墨烯的纸基柔性压力传感器由纸和氧化石墨烯分散液制成。可选的，所述基于石墨烯的纸基柔性压力传感器中包含的还原石墨烯制得方法如下：由纸在氧化石墨烯分散液中浸泡8-24小时，随后将浸泡过的纸转移至100-500摄氏度的环境中进行高温处理3-5小时，得到还原的石墨烯。采用本申请的技术方案的有益效果如下：本申请基于石墨烯的纸基柔性压力传感器的制备方法，由于制备流程简单，生产的效率相对较高；同时采用普通的纸作为生产原料，具有绿色环保的显著优点；另外，进一步降低生产成本，具有良好的经济价值。本申请中采用的纸，可选择自然可降解的纸张作为传感器基体，具有良好的环保性能和轻柔性，同时可大规模集成并适用于可穿戴柔性设备，兼具有具有较高的灵敏度，可用于监测人体各种微小的压力动作，例如脉搏、呼吸、喉咙发声等。此外，本申请的传感器的耐久性和稳定性良好，适用于长期使用。经本申请的制备工艺制得的基于石墨烯的纸基柔性压力传感器，经实验证明，在相对较小的压强范围内，具有极高灵敏度。附图说明为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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他的附图。图1为本申请第一方面提供的方法流程图；图2为本申请的实验数据图。图2中，展示了压力传感器电阻变化率随压强变化的关系。其中，电阻变化率是电阻变化值与初始电阻的比值。具体实施方式下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。参见图1，为本申请第一方面提供的方法流程图。本申请的第一方面，提供一种基于石墨烯的纸基柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：S1001，将纸进行真空干燥处理；S1002，将干燥好的纸和氧化石墨烯分散液放入培养皿中混合，使氧化石墨烯分散液完全浸泡润湿纸；S1003，将压实重物覆于浸泡在氧化石墨烯分散液中的纸上，进行平整压实；S1004，使纸在氧化石墨烯分散液中浸泡8-24小时，随后将浸泡过的纸转移至100-500摄氏度的环境中进行高温处理3-5小时，得到还原的石墨烯；S1005，将高温处理后的纸冷却至室温后，取出n层纸叠放整齐，其中n为大于等于3的自然数，将上下层分别与两条导电胶带相连，并用电池封装胶带进行封装，露出导电胶带的端头，得到基于石墨烯的纸基柔性压力传感器。可选的，所述真空干燥处理的条件为：气压范围为0-100Pa，真空减压方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯的纸基柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将纸进行真空干燥处理；/n将干燥好的纸和氧化石墨烯分散液放入培养皿中混合，使氧化石墨烯分散液完全浸泡润湿纸；/n将压实重物覆于浸泡在氧化石墨烯分散液中的纸上，进行平整压实；/n使纸在氧化石墨烯分散液中浸泡8-24小时，随后将浸泡过的纸转移至100-500摄氏度的环境中进行高温处理3-5小时，得到还原的石墨烯；/n将高温处理后的纸冷却至室温后，取出n层纸叠放整齐，其中n为大于等于3的自然数，将上下层分别与两条导电胶带相连，并用电池封装胶带进行封装，露出导电胶带的端头，得到基于石墨烯的纸基柔性压力传感器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的纸基柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将纸进行真空干燥处理；
将干燥好的纸和氧化石墨烯分散液放入培养皿中混合，使氧化石墨烯分散液完全浸泡润湿纸；
将压实重物覆于浸泡在氧化石墨烯分散液中的纸上，进行平整压实；
使纸在氧化石墨烯分散液中浸泡8-24小时，随后将浸泡过的纸转移至100-500摄氏度的环境中进行高温处理3-5小时，得到还原的石墨烯；
将高温处理后的纸冷却至室温后，取出n层纸叠放整齐，其中n为大于等于3的自然数，将上下层分别与两条导电胶带相连，并用电池封装胶带进行封装，露出导电胶带的端头，得到基于石墨烯的纸基柔性压力传感器。


2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的纸基柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述真空干燥处理的条件为：气压范围为0-100Pa，真空减压方式为梯度减压，温度范围为80-95℃，时间为12-48小时。


3.根据权利要求2所述的基于石墨烯的纸基柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述真空干燥处理的条件为：气压为50Pa，温度为90℃，时间为24小时。


4.根据权利要求1所述的基于石墨烯的纸基柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述纸具备较好的吸水性，且具有多孔结构，所述氧化石墨烯分散液的浓度为1-10mg/ml，所述氧化石墨烯分散液的溶剂为水。


5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斯扬，曹敏，聂永杰，赵娜，李婷，谭向宇，邹京希，唐标，廖耀华，夏圣垣，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53