一种基于软模板制备分级多孔PDMS的方法及在传感器中的应用技术

本发明专利技术公开一种基于软模板制备分级多孔PDMS的方法及在传感器中的应用，其制备包括步骤：制备PVA

【技术实现步骤摘要】
一种基于软模板制备分级多孔PDMS的方法及在传感器中的应用


[0001]本专利技术属于分级多孔PDMS的制备
，具体涉及一种基于软模板制备分级多孔PDMS的方法及在电容式压力传感器中的应用。

技术介绍

[0002]近年来，柔性智能可穿戴电子器件得到了迅猛发展，其中柔性压力传感是关键的技术之一。压力传感器实现将压力信号转换成可用输出信号进行测量，柔性化的压力传感器在电子皮肤、运动识别和穿戴式健康实时监测/诊断（如心跳、血压、脉搏）等先进电子设备上发挥着巨大潜能。传感器的介质层是实现信号转换和柔性功能的重要组成部分，对柔性传感性能起决定性作用。多孔聚二甲基硅氧烷(PDMS)是典型的柔性压力传感器介质层材料，具有成本低、稳定性高、亲肤和杨氏模型小的优点。
[0003]目前一些研究人员使用硬模板，如糖、聚苯乙烯珠、泡沫镍、NaHCO3和NH4HCO3等，随后刻蚀模板，形成多孔结构。然而，这些工艺要么是相对昂贵的，限制了它们对低成本大面积设备的适用性，要么是随机大小和形状的微结构，限制了它们的空间均匀性，特别是在需要高分辨率的应用中。此外，难以精确控制微结构的尺寸，限制了器件性能的可调谐性。在柔性电子器件的应用领域中，研究者们希望能够获得结构更为微小、更为奇特的多孔PDMS。于是研究者们也研究出了大量极具创新性的制备方法，比如以糖粒和油包水乳液为原料，制备分级多孔结构PDMS。上述多孔结构的制备方法都具有创新性，可以得到不同内部结构的多孔PDMS结构，但由于上述方法都受限于硬模板尺寸的影响，且或多或少设计到了复杂的制备工艺，不利于大规模的量产。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种基于软模板制备分级多孔PDMS的方法及在传感器中的应用，本方法以PVA
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B水凝胶为软模板，方便快捷的制备了分级多孔PDMS泡沫。该方法得到的PDMS内部的孔隙分布均匀，可以准确的控制PDMS泡沫的孔隙率。本专利技术方法避免了复杂繁琐的操作步骤、较长的制备时间与高昂的设备以及实验耗材的损耗。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：一种基于软模板制备分级多孔PDMS的方法，包括以下步骤：（1）制备PVA
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B的水凝胶：将聚乙烯醇PVA颗粒与去离子水混合后，在75
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90℃下，搅拌均匀，形成PVA溶液；将硼砂粉末与去离子水混合均匀形成硼砂溶液；将硼砂溶液滴入PVA溶液中，搅拌均匀，随后静置30 min，形成PVA
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B水凝胶；（2）制备PDMS溶液：将PDMS预聚体与固化剂按照质量比为5:1
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20：1混合后，搅拌均匀，进行真空脱气处理得到PDMS溶液；（3）将步骤（2）的PDMS溶液和步骤（1）的PVA
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B水凝胶按照质量比1：7
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1：1混合后，
搅拌均匀，形成乳白色的乳液；（4）固化：将步骤三得到的乳白色乳液转移至模具中，放入烘箱中加热固化；（5）清洗、干燥：取出（4）的固化产物，使用稀盐酸和去离子水洗涤固化产物中的PVA
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B水凝胶组分，干燥过后得到分级多孔PDMS。
[0006]作为一种优选方式，步骤（1）中聚乙烯醇PVA颗粒与去离子水比例选用1：8。
[0007]作为一种优选方式，步骤（1）中硼砂溶液浓度为5 wt%。
[0008]作为一种优选方式，步骤（1）中2 ml硼砂溶液滴入8 ml PVA溶液。
[0009]作为一种优选，所述步骤（4）中在80℃
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90℃下加热固化0.5
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1.5h。更优地，在85℃下加热固化1h。
[0010]本专利技术的另一方面，本专利技术还保护上述基于软模板制备分级多孔PDMS的方法得到的多孔PDMS在传感器中的应用。
[0011]将上述方法制备得到的分级多孔PDMS作为介电层，直接与金属电极组装成电容式压力传感器。
[0012]将上述方法制备得到的分级多孔PDMS与导电材料（纳米银线、碳纳米管、石墨烯、MXene等导电填料）制得复合材料并制备电容式压力传感器。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：步骤（2）中通过调节将PDMS预聚体与固化剂质量比，从而得到相同孔隙率下不同模量的分级多孔PDMS；步骤（3）通过调节PDMS溶液和PVA
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B水凝胶的质量比，可以得到不同孔隙率的分级多孔PDMS；步骤（4）通过调节模具的尺寸，可以得到不同形状和尺寸的分级多孔PDMS，本方法对模量、孔隙率调节性好，调节灵活，制备方法简单。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例1得到的分级多孔PDMS的扫描电镜图。
[0015]图2为分级多孔PDMS作为介电层，电容率随时间的变化图。
具体实施方式
[0016]下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的说明，但下述实施例绝非对本专利技术有任何限制。
[0017]本专利技术所使用材料和试剂均为市场购买，聚乙烯醇（PVA）分子量145000，购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；硼砂（Na2B4O7·
10H2O）分析纯，购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；聚二甲基硅氧烷（PDMS），型号Sylgard 184，购自美国道康宁公司。
[0018]实施例1：一种基于软模板制备分级多孔PDMS的方法，包括以下步骤：（1）制备PVA
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B的水凝胶：将1 g PVA溶于8 ml去离子中，在75℃
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90℃水浴锅中采用磁力搅拌的方式搅拌30 min，将100 mg的硼砂溶于20 ml去离子水中制得5 wt%硼砂溶液；取 2 ml硼砂溶液滴加至PVA溶液中，磁力搅拌30 min，随后静置30 min，形成PVA
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B水凝胶。
[0019]（2）制备PDMS溶液：将PDMS预聚体与固化剂按照质量比为10:1混合后，用磁力搅拌器充分搅拌均匀；将该混合物进行真空脱气处理，直至溶液内部无肉眼可观察到气泡为止。
[0020]（3）将步骤（2）的PDMS溶液和步骤（1）的PVA
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B水凝胶按照质量比1：3混合后，用磁力搅拌器充分搅拌均匀，形成乳白色的乳液。
[0021]（4）固化：将步骤三得到的乳白色乳液转移至模具中，放入烘箱中加热固化；在85℃下加热固化1 h。
[0022]（5）清洗、干燥：取出（4）的固化产物，使用0.01 mol/L盐酸和去离子水洗涤固化产物中的PVA
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B水凝胶组分，干燥过后得到分级多孔PDMS。
[0023]本实施例制备得到的分级多孔PDMS的扫描电镜图如图1所示，制备的分级多孔PDMS内部结构均匀。
[0024]将本实施例制备得到的分级多孔PDMS作为介电层，使用压力试验机逐步压缩由介电层组装成柔性压力传感器，压缩试验机以10 mm/min的压缩速率进行增压，电容率随时间的变化如图2所示，所制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于软模板制备分级多孔PDMS的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备PVA
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B的水凝胶：将聚乙烯醇PVA颗粒与去离子水混合后，在75
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90℃下，搅拌均匀，形成PVA溶液；将硼砂粉末与去离子水混合均匀形成硼砂溶液；将硼砂溶液滴入PVA溶液中，搅拌均匀，静置后形成PVA
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B水凝胶；（2）制备PDMS溶液：将PDMS预聚体与固化剂按照质量比为5:1
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20：1混合后，搅拌均匀，进行真空脱气处理得到PDMS溶液；（3）将步骤（2）的PDMS溶液和步骤（1）的PVA
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B水凝胶按照质量比1：7
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1：1混合后，搅拌均匀，形成乳白色的乳液；（4）固化：将步骤三得到的乳白色乳液转移至模具中，放入烘箱中加热固化；（5）清洗、干燥：取出（4）的固化产物，使用稀盐酸和去离子水洗涤固化产物中的PVA
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B水凝胶组分，干燥过后得到分级多孔PDMS。2.根据权利要求1所述的一种基于软模板制备分级多孔PDMS的方法，其特征在于，步骤（...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴健，何仕学，刘守耀，粟本龙，王友善，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：