填充型柔性应变传感材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种填充型柔性应变传感材料及其制备方法，所述填充型柔性应变传感材料，包括改性聚乙烯醇，通过聚乙烯醇和丁二酸酐反应制得，其中所述改性聚乙烯醇分子链上的羧基与羟基的摩尔比为1：(10～100)；以及改性纳米金属/石墨烯复合物，通过端氨基超支化聚合物、氧化石墨烯以及纳米金属前驱体反应制得，其中，所述改性纳米金属/石墨烯复合物中纳米金属的质量百分比为10％～50％，端氨基超支化聚合物的质量百分比为5％～40％，余量为石墨烯；其中，所述改性纳米金属/石墨烯复合物上的至少部分氨基与改性聚乙烯醇中的至少部分羧基缩合，本发明专利技术填充型柔性应变传感材料能够表现出良好的电学性能以及具有一定的弹性和拉伸性能。拉伸性能。拉伸性能。

【技术实现步骤摘要】
填充型柔性应变传感材料及其制备方法


[0001]本专利技术是关于柔性电子材料领域，特别是关于一种填充型柔性应变传感材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]氧化石墨烯是石墨烯的衍生物，结构为单层碳原子，其边缘和中间部分含有大量含氧官能团，可由石墨经氧化剥离制得，相对于石墨烯，其价格低廉且易于制备，具有良好的溶解性、易于大规模应用，已成为橡胶、塑料等聚合物的优良填料。但氧化石墨烯为大片层的碳结构，与高分子聚合物结合力低，并且在聚合物中易因范德华力而堆积在一起，不易分散。另外，氧化石墨烯本身不具备导电性，即使还原后其导电性能也不是很好，且氧化石墨烯作为传感材料的话，其本身的弹性和拉伸性能较差。
[0003]因此有必要提供一种填充型柔性应变传感材料及其制备方法，来解决上述问题。
[0004]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种填充型柔性应变传感材料及其制备方法，其能够表现出良好的电学性能以及一定的弹性和拉伸性能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的实施例提供了一种填充型柔性应变传感材料，包括：改性聚乙烯醇，通过聚乙烯醇和丁二酸酐反应制得，其中所述改性聚乙烯醇分子链上的羧基与羟基的摩尔比为1：(10～100)；以及改性纳米金属/石墨烯复合物，通过端氨基超支化聚合物、氧化石墨烯以及纳米金属前驱体反应制得，其中，所述改性纳米金属/石墨烯复合物中纳米金属的质量百分比为10％～50％，端氨基超支化聚合物的质量百分比为，余量为石墨烯。
[0007]其中，所述改性纳米金属/石墨烯复合物通过其中的氨基与改性聚乙烯醇中的羧基反应，以链接到所述改性聚乙烯醇上；所述改性纳米金属/石墨烯复合物占所述填充型柔性应变传感材料的质量百分比为8％～30％。
[0008]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述纳米金属为纳米金或者纳米银中的至少一种，所述聚乙烯醇的平均聚合度为1700～4000，且所述聚乙烯醇的醇解度为78％～99％。
[0009]在本专利技术的一个或多个实施方式中，还提供了填充型柔性应变传感材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1.分别制备改性聚乙烯醇以及改性纳米金属/石墨烯复合物；
[0011]S2.将改性聚乙烯醇与改性纳米金属/石墨烯复合物混合后加热反应，得到产物A；
[0012]S3.将产物A进行后处理，即得到最终的填充型柔性应变传感材料。
[0013]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述S1制备改性聚乙烯醇的步骤为：将聚乙烯醇加入二甲基亚砜中，并加热到40～80℃使其充分溶解得到聚乙烯醇溶液，且该聚乙烯
醇溶液浓度为3～20g/L，然后将丁二酸酐以及催化剂三乙胺加入到所述聚乙烯醇溶液中，并在室温条件下搅拌12～48h，即得到改性聚乙烯醇。
[0014]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述丁二酸酐与聚乙烯醇溶液中的聚乙烯醇分子链上羟基的摩尔比为1：(10～100)，所述催化剂与丁二酸酐的摩尔比为1：(1～20)。
[0015]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述S1制备改性纳米金属/石墨烯复合物的步骤为：先制得氧化石墨烯水分散液，再将端氨基超支化聚合物溶液加入到氧化石墨烯水分散液，调节pH至8～10后，进行超声处理或连续微波处理，结束后分离得到改性的氧化石墨烯；将改性的氧化石墨烯分散至水中得到改性氧化石墨烯水溶液，并向其加入纳米金属前驱体水溶液，混合均匀后进行还原并分离，即得到改性纳米金属/石墨烯复合物。
[0016]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述氧化石墨烯水分散液浓度为1～10g/L，所述端氨基超支化聚合物水溶液浓度为10～200g/L，所述的端氨基超支化聚合物水溶液与氧化石墨烯分散液的体积比为1：(2～10)；所述超声处理的条件为：在60～90℃下处理9～15h，所述连续微波处理的条件为：在400
‑
700W功率下连续微波处理45～90min。
[0017]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述纳米金属前驱体水溶液为0.1～2mol/L硝酸银水溶液或氯金酸水溶液；所述改性氧化石墨烯水溶液的浓度为1～10g/L，且所述纳米前驱体溶液与改性氧化石墨烯溶液的体积比为1：(1～10)；所述还原的方法包括热还原法或者还原剂还原法。
[0018]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述S2中所述将改性聚乙烯醇与改性纳米金属/石墨烯复合物混合后加热反应的具体步骤为：将所述改性纳米金属/石墨烯复合物溶解到二甲基亚砜中，得到浓度为10～30g/L的复合材料溶液，然后向该复合材料溶液中加入改性聚乙烯醇，在温度为80～150℃的条件下，反应9～15h。
[0019]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述S3中所述将产物A进行后处理包括：将产物A置于聚四氟乙烯模具中干燥成膜，或产物A浓缩后进行纺丝。
[0020]与现有技术相比，根据本专利技术实施方式的填充型柔性应变传感材料及其制备方法具备以下有益效果：
[0021](1)采用简单方便且高效的超声波和微波辐射技术，实现了端氨基超支化聚合物对氧化石墨烯的接枝改性处理，有效阻止了石墨烯片层间因范德华力而聚集在一起的情况，提高了其分散性能。
[0022](2)通过端氨基超支化聚合物对的氧化石墨烯进行改性，使其能够自主捕捉金属离子，并还原调控生成金属纳米颗粒，实现对石墨烯片层的组装修饰，得到改性纳米金属/石墨烯复合物，且其中的纳米金属颗粒粒径分布窄，在石墨烯片层上分布均匀、结合牢固且性能稳定性强。
[0023](3)由于端氨基超支化聚合物均接枝在石墨烯的氧化缺陷位置，通过原位组装金属纳米材料的方法可以定点修复因氧化破坏而导致的导电性差的问题，实现有目的的纳米掺杂，改善经氧化还原过程制备所得石墨烯的导电性能。
[0024](4)通过改性纳米金属/石墨烯复合物与改性聚乙烯醇反应，将纳改性纳米金属/石墨烯掺杂交联到改性聚乙烯醇大分子间，有效增强了石墨烯与聚乙烯醇高聚物间的结合作用，有效保证了作为应变传感材料在往复拉伸形变后能够保持良好的稳定性。
[0025](5)在改性聚乙烯醇分子间交联的改性纳米金属/石墨烯复合物使得聚乙烯醇分
子结构规整度降低，结晶度降低，获得了良好的弹性和弹性回复性能。
[0026](6)通过改性纳米金属/石墨烯复合物构建的导电网络和改性聚乙烯醇的协同作用，使填充型柔性应变传感材料实现了具有较好灵敏度、稳定性和耐疲劳性的优点。
附图说明
[0027]图1是根据本专利技术一实施方式中的氧化石墨烯的改性前后的拉曼图谱；
[0028]图2是根据本专利技术一实施方式中的改性纳米银/石墨烯复合物的SEM图；
[0029]图3是根据本专利技术一实施方式中的氧化石墨烯改性前后及组装纳米银前后的XRD谱图；
[0030]图4是根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种填充型柔性应变传感材料，其特征在于，包括：改性聚乙烯醇，通过聚乙烯醇和丁二酸酐反应制得，其中所述改性聚乙烯醇分子链上的羧基与羟基的摩尔比为1：(10～100)；以及改性纳米金属/石墨烯复合物，通过端氨基超支化聚合物、氧化石墨烯以及纳米金属前驱体反应制得，其中，所述改性纳米金属/石墨烯复合物中纳米金属的质量百分比为10％～50％，所述端氨基超支化聚合物的质量百分比为5％～40％，余量为石墨烯；其中，所述改性纳米金属/石墨烯复合物上的至少部分氨基与改性聚乙烯醇中的至少部分羧基缩合；所述改性纳米金属/石墨烯复合物占所述填充型柔性应变传感材料的质量百分比为8％～30％。2.如权利要求1所述的填充型柔性应变传感材料，其特征在于，所述纳米金属为纳米金或者纳米银中的至少一种，所述聚乙烯醇的平均聚合度为1700～4000，且所述聚乙烯醇的醇解度为78％～99％。3.如权利要求1或2任一所述的填充型柔性应变传感材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.分别制备改性聚乙烯醇以及改性纳米金属/石墨烯复合物；S2.将改性聚乙烯醇与改性纳米金属/石墨烯复合物混合后加热反应，得到产物A；S3.将产物A进行后处理，即得到最终的填充型柔性应变传感材料。4.如权利要求3所述的填充型柔性应变传感材料的制备方法，其特征在于，所述S1制备改性聚乙烯醇的步骤为：将聚乙烯醇加入二甲基亚砜中，并加热到40～80℃使其充分溶解得到聚乙烯醇溶液，且该聚乙烯醇溶液浓度为3～20g/L，然后将丁二酸酐以及催化剂加入到所述聚乙烯醇溶液中，并在室温条件下搅拌12～48h，即得到改性聚乙烯醇。5.如权利要求4所述的填充型柔性应变传感材料的制备方法，其特征在于，所述丁二酸酐与聚乙烯醇溶液中的聚乙烯醇分子链上羟基的摩尔比为1：(10～100)，所述催化剂与丁二酸酐的摩尔比为1：(1～20)。6.如权利要求3所述的填充型柔性应变传感材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德锁，周佳慧，姚雪烽，林红，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：