一种超疏水材料及其制备方法和传感器技术

本发明专利技术公开了一种超疏水材料及其制备方法和传感器，所述超疏水材料包括还原氧化石墨烯/聚氨酯海绵复合材料。本发明专利技术中的超疏水材料具有超疏水性，可以应用于对防水有高要求的设备中，具有较高的市场价值。本发明专利技术中的超疏水材料的制备工艺简单，易操作，所选用的原材料价格低廉，成本低，适合规模化生产。本发明专利技术中的传感器具有超疏水性，灵敏度最高可达3.8，对微小压力检测准确，能够快速响应等特点，具有较高的市场价值。较高的市场价值。较高的市场价值。

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水材料及其制备方法和传感器


[0001]本专利技术涉及材料领域，具体涉及一种超疏水材料及其制备方法和传感器。

技术介绍

[0002]高性能的压阻材料一直是人机交互、机器人、电子皮肤和可穿戴设备等领域中至关重要的组成部分之一。然而，压阻材料的实际应用场景往往比较复杂，单一功能的压阻材料已经逐渐不能满足实际应用需要。例如，用于可穿戴设备的压阻材料在实际应用时易被空气中的水气或汗水侵蚀。这不仅会导致信号失真，影响可穿戴设备的使用寿命，而且极易造成电路短路，威胁到使用者的人身安全。
[0003]超疏水材料依赖于特定的微纳米级复合结构和疏水性物质表面改性，制备思路简洁有效。因此，越来越多的研究者开始致力于开发具备超疏水性的压阻材料。有研究者提出在三维聚合物骨架上自组装石墨烯片层从而制备石墨烯海绵的策略。但这种基于聚合物基体的石墨烯传感器灵敏度低，工艺复杂且成本较高，实现超疏水性能的研究较少，使得这类传感器的应用受到一定限制。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种超疏水材料。
[0005]本专利技术的目的之二在于提供一种上述超疏水材料的制备方法。
[0006]本专利技术的目的之三在于提供了上述超疏水材料在人机交互、机器人、电子皮肤或可穿戴设备中的应用。
[0007]本专利技术的目的之四在于提供一种包含上述超疏水材料的传感器。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术的第一方面所采取的技术方案是：一种超疏水材料，所述超疏水材料包括还原氧化石墨烯/聚氨酯海绵复合材料。
[0009]优选地，所述超疏水材料的水接触角>150
°
；进一步优选地，所述超疏水材料的水接触角>152
°
。
[0010]本专利技术第二方面提供了一种上述超疏水材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0011]S1：将氧化石墨烯团聚体与聚氨酯海绵混合，制得复合海绵；
[0012]S2：将复合海绵冷冻，然后与还原剂反应，制得所述超疏水材料。
[0013]优选地，所述氧化石墨烯团聚体的制备方法为：将氧化石墨烯分散液与十二烷基糖苷混合反应，制得氧化石墨烯团聚体。本专利技术中的制备方法尽管使用了表面活性剂，但是制备获得的还原氧化石墨烯/聚氨酯海绵复合材料仍能实现超疏水性。
[0014]优选地，所述氧化石墨烯团聚体为微泡状。
[0015]优选地，所述氧化石墨烯分散液在使用之前先进行超声处理。
[0016]优选地，所述超声处理时间为24～54min；进一步优选地，所述超声处理时间为30
～45min；再进一步优选地，所述超声处理时间为30～45min。
[0017]优选地，所述超声处理温度为22～34℃；进一步优选地，所述超声处理温度为25～30℃；再进一步优选地，所述超声处理温度为28℃。
[0018]优选地，所述氧化石墨烯分散液的质量体积比为6.4～9.6mg/ml；进一步优选地，所述氧化石墨烯分散液的质量体积比为7～8.5mg/ml；再进一步优选地，所述氧化石墨烯的质量体积比为8mg/ml。
[0019]优选地，所述十二烷基糖苷的加入量为16～30mg；进一步优选地，所述十二烷基糖苷的加入量为20～25mg。
[0020]优选地，所述氧化石墨烯团聚体制备方法中的混合反应采用搅拌、超声、震荡中的至少一种。
[0021]优选地，所述氧化石墨烯团聚体制备方法中的混合反应采用搅拌的方式混合。
[0022]优选地，所述搅拌速度为2000～3000r/min；进一步优选地，所述搅拌速度为2400～2800r/min；再进一步优选地，所述搅拌速度为2500～2700r/min。
[0023]优选地，所述搅拌时间为1～18min；进一步优选地，所述搅拌时间为3～15min。
[0024]优选地，所述聚氨酯海绵在使用之前进行清洗。
[0025]优选地，所述步骤S1具体为：将聚氨酯海绵加入氧化石墨烯团聚体中，挤压海绵。
[0026]优选地，所述挤压海绵的步骤重复不少于2次；进一步优选地，所述挤压海绵的步骤重复10次以上。
[0027]优选地，所述步骤S2中，冷冻步骤是采用液氮冷冻。
[0028]优选的，步骤S2还包括将复合海绵进行干燥处理的步骤。
[0029]优选地，所述干燥处理步骤位于冷冻步骤之后，与还原剂反应步骤之前。
[0030]优选地，所述干燥处理采用冷冻干燥的方法进行处理。
[0031]优选地，所述冷冻干燥的时间为1
‑
24h；进一步优选地，所述冷冻干燥的时间为5
‑
20h；再进一步优选地，所述冷冻干燥的时间为15
‑
20h；
[0032]优选地，所述还原剂为抗坏血酸、氢碘酸、氢氧化钠、水合肼、硫化钠及硼氢化钠中的至少一种；进一步优选地，所述还原剂为氢碘酸、水合肼及抗坏血酸中的至少一种；再进一步优选地，所述还原剂为水合肼；更优选地，所述水合肼为气态。
[0033]优选地，所述步骤S2还包括真空烘干步骤，真空烘干步骤在与还原剂反应步骤之后。
[0034]优选地，所述步骤S2中，反应温度为50～120℃；进一步优选地，所述步骤S2中，反应温度为90～120℃；再进一步优选地，所述步骤S2中，反应温度为100～120℃。
[0035]优选地，所述步骤S2中，反应时间为3～10h；进一步优选地，所述步骤S2中，反应时间为5～6h。
[0036]本专利技术第三方面提供了上述超疏水材料在人机交互、机器人、电子皮肤或可穿戴设备中的应用。
[0037]本专利技术第四方面提供了一种传感器，该传感器包含上述的超疏水材料。
[0038]优选地，所述传感器还包括铜片电极及导电银浆，铜片电极的数量为两个，两个铜片电极分别位于超疏水材料的两侧，铜片电极与超疏水材料之间填充有导电银浆。
[0039]优选地，所述传感器采用以下方法制备：将超疏水材料两侧涂布导电银浆，在导电
银浆上粘接铜片电极，封装。
[0040]本专利技术的有益效果是：本专利技术中的超疏水材料具有超疏水性，可以应用于对防水有高要求的设备中，具有较高的市场价值。
[0041]本专利技术中的超疏水材料的制备工艺简单，易操作，所选用的原材料价格低廉，成本低，适合规模化生产。
[0042]本专利技术中的传感器具有超疏水性、灵敏度最高可达3.8、对微小压力检测准确、能够快速响应等特点，具有较高的市场价值。
附图说明
[0043]图1为实施例4、对比例4及对比例5中传感器的灵敏度曲线图。
[0044]图2为加载卸载过程中实施例4中传感器的电阻变化率。
[0045]图3为在应变过程中实施例4中传感器的电阻变化率与时间的关系图。
[0046]图4为对比例1的扫描电镜图。
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超疏水材料，其特征在于：所述超疏水材料包括还原氧化石墨烯/聚氨酯海绵复合材料。2.根据权利要求1所述的超疏水材料，其特征在于：所述超疏水材料的水接触角>150
°
。3.权利要求1或2所述的超疏水材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：将氧化石墨烯团聚体与聚氨酯海绵混合，制得复合海绵；S2：将复合海绵冷冻，然后与还原剂反应，制得所述超疏水材料。4.根据权利要求3所述的超疏水材料的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯团聚体的制备方法为：将氧化石墨烯分散液与十二烷基糖苷混合反应，制得氧化石墨烯团聚体。5.根据权利要求3所述的超疏水材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔纲，朱炎彬，刘娇，刘恋，车淳山，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：