一种含有碳纳米杯基的柔性传感器薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种含有碳纳米杯基的柔性传感器薄膜及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将催化剂置于惰性气体环境中，向其中通入乙炔气体，高温环境下反应20

【技术实现步骤摘要】
一种含有碳纳米杯基的柔性传感器薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于柔性材料
，具体涉及一种含有碳纳米杯基的柔性传感器薄膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着大数据时代的到来，可穿戴电子设备在众多数据终端采集领域中脱颖而出，成为了人们生活不可缺少的一部分。在可穿戴电子设备技术中，柔性传感器技术是极具发展潜力的方向，随着人机交互、运动健康监控等领域的不断细分与发展，相关产品迫切要求柔性传感器要具有更好的柔韧性、可恢复性、生物相容性等等。
[0003]柔性应变传感器因为其在柔性传感器领域的巨大发展潜力，所以成为了国内外各地研究者所关注的对象。目前，碳基材料由于其较好的电学性能和力学性能，常常被用作组成柔性应变传感器的敏感材料，由于纳米材料与聚合物之间的界面粘合强度较弱，导致其灵敏度降低，因此需要对其形貌结构进行调控，所以目前复合材料的柔性应变传感器的发展仍面临着挑战。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种含有碳纳米杯基的柔性传感器薄膜及其制备方法和应用，该柔性膜可有效解决现有的柔性膜存在的灵敏度低的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种含有碳纳米杯基的柔性传感器薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)将催化剂置于惰性气体环境中，向其中通入碳源气体，高温环境下反应20
‑
50min得到碳包覆催化剂材料；
[0007](2)将步骤(1)中的碳包覆催化剂材料用酸溶液进行清洗，得到碳纳米杯；
[0008](3)对步骤(2)中的碳纳米杯进行等离子体处理；
[0009](4)将步骤(3)中获得的碳纳米杯置于有机溶剂中，并进行超声处理，得到混合溶液，然后将混合溶液与成膜剂混合，并磁力搅拌4
‑
6h，得混合物；
[0010](5)将混合物进行制膜并固化，制得含有碳纳米杯基的柔性传感器薄膜。
[0011]进一步地，步骤(1)中惰性气体为氮气。
[0012]进一步地，步骤(1)中碳源气体为乙炔或甲烷。
[0013]进一步地，步骤(1)中催化剂为氧化镁或氧化锌。
[0014]进一步地，步骤(1)中高温环境为650
‑
800℃。
[0015]进一步地，步骤(3)中等离子体处理的具体过程如下：将碳纳米杯置于180
‑
220℃的氩气环境中，同时向碳纳米杯上通入诱导气体，然后用等离子体激发源对碳纳米杯进行等离子体处理。
[0016]进一步地，等离子体激发光源的功率为300
‑
400W，处理时间为20
‑
40min。
[0017]进一步地，步骤(4)中有机溶剂为环己烷或丙酮。
[0018]进一步地，步骤(4)中成膜剂为聚二甲基硅氧烷。
[0019]进一步地，步骤(5)制膜前先对混合物进行除气泡处理，具体操作为：将混合物置于真空环境中静置0.5
‑
2h。
[0020]进一步地，步骤(5)中固化的温度为70
‑
80℃，固化时间为2
‑
4h。
[0021]进一步地，碳纳米杯在聚二甲基硅氧烷中的质量占比为4
‑
5％。
[0022]进一步地，制得的柔性传感器薄膜的厚度为1
‑
2mm。
[0023]本专利技术所产生的有益效果为：
[0024]本专利技术中的柔性传感器薄膜可应用与柔性应变传感器和柔性压力传感器中，该薄膜中的碳纳米杯为带有开口的球形中空结构，有利于增加传感器的柔韧性和拉伸特性；对其进行等离子体处理，使得碳纳米杯表面接枝少量活性官能团，构建更加丰富、稳定的枝点接触空间导电网络结构，增强形变过程中，隧穿效应对应变的响应灵敏度，因此，使得该薄膜能够在0
‑
20％的应变条件下，达到25675.8的超高应变灵敏度，具有灵敏度高的优点，且本专利技术中的薄膜制备工艺简单，可以实现批量化生产，在高精密的可穿戴电子设备和电子皮肤领域有着较大的应用前景。
附图说明
[0025]图1为实施例1中柔性传感器薄膜的SEM断面图；
[0026]图2为实施例1中柔性传感器薄膜的Raman图；
[0027]图3为实施例1中柔性传感器薄膜的压力灵敏度测试图；
[0028]图4为实施例1中柔性传感器薄膜的重复压力响应测试图；
[0029]图5为实施例1中柔性传感器薄膜的拉伸应变灵敏度测试图；
[0030]图6为实施例1中柔性传感器薄膜的I
‑
V曲线测试图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。
[0032]实施例1
[0033]一种含有碳纳米杯基的柔性传感器薄膜，其制备方法包括以下步骤：
[0034](1)将催化剂置于氮气环境中，向其中通入乙炔气体，于700℃的高温环境下反应40min得到碳包覆催化剂材料；
[0035](2)将步骤(1)中的碳包覆催化剂材料用30％硝酸溶液进行清洗，得到碳纳米杯；
[0036](3)对步骤(2)中的碳纳米杯进行等离子体处理，具体操作过程如下：将碳纳米杯置于200℃的氩气环境中，同时向碳纳米杯上通入氧气，然后用等离子体激发源对碳纳米杯进行等离子体处理，等离子体激发光源的功率为350W，处理时间为30min；
[0037](4)将步骤(3)中获得的碳纳米杯置于环己烷中，并进行超声处理，得到分散良好的混合溶液，然后将混合溶液与聚二甲基硅氧烷混合，并在常温下磁力搅拌5h，得混合物；
[0038](5)将混合物进行除气泡处理，具体操作为：将混合物置于真空环境中静置1h，然后将混合物滴涂于平滑模板之上，通过刮刀刮涂控制膜的厚度，然后于75℃条件下固化3h，制得厚度为2mm的含有碳纳米杯基的柔性传感器薄膜，其中，碳纳米杯在聚二甲基硅氧烷中的质量占比为4％。
[0039]实施例2
[0040]一种含有碳纳米杯基的柔性传感器薄膜，其制备方法包括以下步骤：
[0041](1)将催化剂置于氮气环境中，向其中通入乙炔气体，于800℃的高温环境下反应50min得到碳包覆催化剂材料；
[0042](2)将步骤(1)中的碳包覆催化剂材料用30％硝酸溶液进行清洗，得到碳纳米杯；
[0043](3)对步骤(2)中的碳纳米杯进行等离子体处理，具体操作过程如下：将碳纳米杯置于220℃的氩气环境中，同时向碳纳米杯上通入氧气，然后用等离子体激发源对碳纳米杯进行等离子体处理，等离子体激发光源的功率为400W，处理时间为40min；
[0044](4)将步骤(3)中获得的碳纳米杯置于环己烷中，并进行超声处理，得到分散良好的混合溶液，然后将混合溶液与聚二甲基硅氧烷混合，并在常温下磁力搅拌6h，得混合物；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有碳纳米杯基的柔性传感器薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将催化剂置于惰性气体环境中，向其中通入碳源气体，高温环境下反应20
‑
50min得到碳包覆催化剂材料；(2)将步骤(1)中的碳包覆催化剂材料用酸溶液进行清洗，得到碳纳米杯；(3)对步骤(2)中的碳纳米杯进行等离子体处理；(4)将步骤(3)中获得的碳纳米杯置于有机溶剂中，并进行超声处理，得到混合溶液，然后将混合溶液与成膜剂混合，并磁力搅拌4
‑
6h，得混合物；(5)将混合物进行制膜并固化，制得含有碳纳米杯基的柔性传感器薄膜。2.如权利要求1所述的含有碳纳米杯基的柔性传感器薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述催化剂为氧化镁或氧化锌。3.如权利要求1所述的含有碳纳米杯基的柔性传感器薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中高温环境为650
‑
800℃。4.如权利要求1所述的含有碳纳米杯基的柔性传感器薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中等离子体处理的具体过程如下：将碳纳米杯置...

【专利技术属性】
技术研发人员：慕春红，郭新鹏，宁婧，朱涛，刘泽军，李雨哲，简贤，尹良君，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：