一种应变传感材料、尺寸测量手套及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种应变传感材料、尺寸测量手套及其制备方法和应用。该应变传感材料的制备方法包括以下步骤：“碳纳米管、氨基硅烷偶联剂和溶剂的混合物”设于弹性基体材料的表面后，干燥即得；所述溶剂为甲苯和/或正己烷。本发明专利技术的应变传感材料可在不使用金属导电材料的前提下，在较大的形变范围内均具备较强的敏感性，能够实现精确的测量。能够实现精确的测量。能够实现精确的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种应变传感材料、尺寸测量手套及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种应变传感材料、尺寸测量手套及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在一些特定的应用环境下，对于物体尺寸的测量无法借助特定测量工具，例如在医疗手术过程中，医生要确定创口或肿瘤的尺寸大小时，需要借助测量尺，而在一些内科手术中无法使用测量工具，医生只能依靠目测估量目标尺寸的大小，无法进行较为准确的测量。
[0003]现有技术中已公开了一些应变传感材料用于测量尺寸等物理量，但是测量的范围有限、敏感度差。例如，中国专利文献CN208171170U公开了一种柔性拉伸应变型电阻传感器，其传感单元是以导电物质填充在橡胶基体材料中混合制成应变传感材料，需要使用较多量的导电物质才能够达到一定的敏感度及一定的测量范围。中国专利文献CN109407836A公开了一种柔性应变传感器，其包括导电织物、以及覆盖在导电织物上、下表面的上固定层、下固定层，进而将导电织物固定于二者之间形成的非弹性固定容纳空间内，以将导电织物的拉伸量与电阻变化特性的关系限制在线性可测范围内。从该篇专利中可知，需要将导电织物固定的原因之一是该导电织物只有在一定形变量范围内才能够实现精确的测量，其形变范围受到较大的限制，测量范围较小，且非弹性材料固定层的存在可能会对测量的准确性造成干扰。而且该专利中的导电织物是在织物上镀导电金属、或是采用金属纤维，或是将导电材料与织物混纺的方式制得，导电性能不佳以至于最终测试时的敏感性不高。
[0004]中国专利文献CN106895931A公开了一种高灵敏度且大形变量的柔性应力传感器。其在柔性材料和导电层之间设置了纳米线结构，增强了形变范围、以及测量的灵敏度。但是由于纳米线结构的存在，其通常只能以金属覆盖在纳米线上以形成膜，并需要具备较高导电性能的金属。成本高、耐腐蚀性差、化学稳定性差。
[0005]综上，现有技术中缺乏一种应变传感材料，可在不使用成本较高、且易腐蚀的金属材料的前提下，在较大的形变范围内仍然能够精确的测量、同时还具备较佳的敏感性。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在克服现有技术中不方便使用测量工具的场景中，通常采用目前估量的方式测量尺寸，即使采用了应变传感材料进行测量其只能在较小的范围内实现精确的测量、且敏感性较差，而且现有技术中为获得敏感性以及形变量较大的应变传感材料通常还使用了成本高昂、易被腐蚀的金属导电材料的缺陷，而提供了一种应变传感材料、尺寸测量手套及其制备方法和应用。本专利技术的应变传感材料可在不使用金属导电材料的前提下，在较大的形变范围内均具备较强的敏感性，能够实现精确的测量。
[0007]目前，现有技术中制备“碳纳米管、硅烷偶联剂和溶剂的混合物”时通常采用丙酮、DMF或DMSO等强极性溶剂，均无法实现该混合物在弹性基体材料表面的均匀覆盖。例如采用DMF作溶剂时，当将“碳纳米管、硅烷偶联剂和溶剂的混合物”设于弹性基体材料的表面时，
碳纳米管无法在弹性基体材料的表面形成均匀的导电涂层；而使用丙酮作为溶剂时，无法使得碳纳米管渗透到所述弹性基体材料的表层，得到的应变传感材料的形变范围、敏感度也明显较本申请的差。
[0008]例如，中国专利文献CN110218416A的实施例1中将碳纳米管和硅烷偶联剂KH560分散于丙酮中，通过添加表面活性剂和固化剂等，制备得到了一种应变电阻响应敏感型智能机敏材料。该机敏材料的初始电阻为兆欧级，而本专利技术中所述应变传感材料的初始电阻在几十到几百欧姆之间，该专利中由于初始电阻较大，其测量范围会明显低于本申请，同时高电阻也意味着能耗大。
[0009]本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的。
[0010]本专利技术提供了一种应变传感材料的制备方法，其包括以下步骤：“碳纳米管、氨基硅烷偶联剂和溶剂的混合物”设于弹性基体材料的表面后，干燥即得；所述溶剂为甲苯和/或正己烷。
[0011]申请人通过多次的实验发现采用正己烷和/或甲苯，配合氨基硅烷偶联剂等条件，不仅能够实现碳纳米管的良好分散、不易发生团聚、可以在所述弹性基体材料的表面实现均匀的涂覆；而且可以使得所述弹性基体材料的表层发生溶胀，溶胀作用可以使得所述的碳纳米管进一步渗透到所述弹性基体材料的表层。因此，本专利技术的应变传感材料，不仅能耗低、且具有较大的形变范围和较高的灵敏度。
[0012]本专利技术中，所述碳纳米管与所述氨基硅烷偶联剂的质量比可为本领域常规，较佳地为1：(1～4)，例如1：3。本领域技术人员根据所述的应变传感材料的制备方法可知，所述的质量比是指在所述“碳纳米管、氨基硅烷偶联剂和溶剂的混合物”中的质量比。
[0013]本专利技术中，所述“碳纳米管、氨基硅烷偶联剂和溶剂的混合物”中，所述碳纳米管与所述溶剂的质量体积比较佳地为0.5～2mg/mL，例如1mg/mL。
[0014]本专利技术中，设于所述弹性基体材料表面的所述碳纳米管的含量可根据实际需要合理选择即可。较佳地每平方厘米的所述弹性基体材料的表面含有1～2mg的所述碳纳米管。
[0015]本专利技术中，所述的碳纳米管较佳地为多壁碳纳米管。
[0016]本专利技术中，所述碳纳米管的直径较佳地为9～10nm，例如9.5nm。
[0017]本专利技术中，所述碳纳米管的长度较佳地为1.2～1.7μm，例如1.5μm。
[0018]本专利技术具体实施例中，所述的碳纳米管为比利时Nanocyl SA公司生产的NC
‑
7000薄壁多壁碳纳米管。
[0019]本专利技术中，所述氨基硅烷偶联剂的种类较佳地为KH550和/或KH792。
[0020]本专利技术中，所述弹性基体材料可包括聚氨酯树脂、PBAT、PDMS、天然橡胶和合成橡胶中的一种或多种，例如PDMS。所述的PDMS一般是指本领域常规的用于制备应变传感材料的聚二甲基硅氧烷。
[0021]本专利技术中，所述的弹性基体材料的形貌可为织物状、薄膜状或凝胶状。
[0022]其中，所述织物状的弹性基体材料可通过本领域常规的制备方法制得，例如湿法纺丝或静电纺丝。
[0023]其中，当所述弹性基体材料的形貌为薄膜状或凝胶状时，所述的弹性基体材料可为多孔结构。
[0024]本专利技术中，所述“碳纳米管、氨基硅烷偶联剂和溶剂的混合物”的制备方法可为本
领域常规。较佳地包括以下步骤：所述的碳纳米管、所述的硅烷偶联剂和所述的溶剂混合即可。
[0025]其中，所述混合的顺序较佳地为所述氨基硅烷偶联剂溶于所述溶剂，再加入所述的碳纳米管。
[0026]其中，所述混合的方式较佳地为超声和/或搅拌。例如依次进行超声和搅拌的操作。
[0027]当所述混合的方式包含超声时，所述超声的时间可为20～40min，例如30min。
[0028]当所述混合的方式包含搅拌时，所述搅拌的时间可为2～4小时，例如3小时。
[0029]本专利技术中，所述设于所述弹性基体材料的表面的方式较佳地包括涂覆、喷涂、刮涂、抽滤或浸渍。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应变传感材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：“碳纳米管、氨基硅烷偶联剂和溶剂的混合物”设于弹性基体材料的表面后，干燥即得；所述溶剂为甲苯和/或正己烷。2.如权利要求1所述的应变传感材料的制备方法，其特征在于，所述“碳纳米管、氨基硅烷偶联剂和溶剂的混合物”中，所述碳纳米管与所述氨基硅烷偶联剂的质量比为1：(1～4)，例如1：3；和/或，所述“碳纳米管、氨基硅烷偶联剂和溶剂的混合物”中，所述碳纳米管与所述溶剂的质量体积比为0.5～2mg/mL，例如1mg/mL。3.如权利要求1所述的应变传感材料的制备方法，其特征在于，每平方厘米的所述弹性基体材料的表面含有1～2mg的所述碳纳米管；和/或，所述的碳纳米管为多壁碳纳米管，例如比利时Nanocyl SA公司生产的NC
‑
7000薄壁多壁碳纳米管；和/或，所述碳纳米管的直径为9～10nm，例如9.5nm；和/或，所述碳纳米管的长度为1.2～1.7μm，例如1.5μm；和/或，所述氨基硅烷偶联剂的种类为KH550和/或KH792。4.如权利要求1～3中任一项所述的应变传感材料的制备方法，其特征在于，所述弹性基体材料包括聚氨酯树脂、PBAT、PDMS、天然橡胶和合成橡胶中的一种或多种，例如PDMS；和/或，所述弹性基体材料为薄膜状或凝胶状。5.如权利要求4所述的应变传感材料的制备方法，其特征在于，所述“碳纳米管、氨基硅烷偶联剂和溶剂的混合物”的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓华，傅强，赵国杰，武永康，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：