一种基于拉伸/压缩双功能柔性应变传感器的制备方法技术

本发明专利技术的拉伸/压缩双功能柔性应变传感器的制备方法属于传感器技术领域。在室温下将三嵌段共聚物聚(苯乙烯

【技术实现步骤摘要】
一种基于拉伸/压缩双功能柔性应变传感器的制备方法

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[0001]本专利技术属于柔性传感器
，特别涉及一种既适用于拉伸传感又适用于压缩传感的双功能柔性应变传感器的制备方法。

技术介绍
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[0002]柔性应变传感器是新兴科技如人体皮肤等可穿戴智能装备的重要组成部分。其传感原理是在受到外界的物理刺激时，内部结构发生变化，传感器内部的导电网络在外力的作用下会产生位移、甚至断裂，导电机制也会随之发生变化，使传感器的整体电阻发生明显变化，之后通过收集装置收集产生的电学信号，并通过设定的参数分析、重置其发生的形变量，从而达到采集人体运动的目的。
[0003]随着柔性可穿戴器件得大量问世，柔性传感器的性能要求越来越高，如高灵敏度、宽检测范围、良好的循环稳定性等。然而目前常见的柔性应变传感器面临一些问题，常规的柔性传感器往往只能单一应用于拉伸应变或者压缩应变，应用范围受到限制，其次基于单一敏感层的柔性传感器其灵敏度还有待提升，另外受限于聚合物基底材料的可拉伸性，柔性传感器的应变区间较小，高的灵敏度及宽的应变范围往往难以兼顾。纳米材料因其在力学性能、电学性能、导热性能等方面都有卓越的性能，所以将导电纳米材料与柔性材料基底相结合，有助于提高应变区间范围和灵敏度，对于高性能柔性应变传感器的开发具有重要的意义。

技术实现思路
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[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于拉伸/压缩双功能柔性应变传感器的制备方法，该制备方法简单实用。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种基于Go/CNTs和柔性衬底材料的柔性应变传感器的制备方法，有以下步骤：
[0007]1)在室温下将SEBS加入CPME中，磁力搅拌至完全溶解；加入CNTs，搅拌均匀，再加入NaCl，搅拌溶解；将溶液倒入铺有保鲜膜的培养皿中固化，待固化后放入热水中溶解NaCl,得到均匀孔洞的CNTs/SEBS海绵。
[0008]2)将步骤1)制得的CNTs/SEBS海绵浸泡在GO/乙醇溶液中，超声，自然干燥；在器件的两侧粘附导电胶带作为电极，得到一种柔性应变传感器，所述的柔性应变传感器是GO/CNTs/SEBS拉伸/压缩双功能柔性应变传感器。
[0009]作为优选，步骤1)中所述的SEBS/环戊己甲醚的质量体积比为2～5g:12mL，CNTs的质量分数为3％～7％，NaCl的质量分数为30～60％，，NaCl研磨成细小颗粒，保鲜膜要紧贴培养皿内壁，固化在通风橱中进行，时间为12小时。
[0010]作为优选，步骤2)中GO/乙醇溶液中GO：乙醇溶液的质量体积比为0.5～2.5g:15～30mL，超声时间为45分钟。
[0011]有益效果：
[0012]本专利技术制备的拉伸/压缩双功能柔性应变传感器制备工艺简单，制作成本较低，既可以实现拉伸应变又可以实现压缩应变，应用范围广泛。在SEBS海绵骨架内部混合CNTs可以明显提升传感器的拉伸及压缩强度，同时复合两种导电填料的传感器具有良好的力学性能；在进行拉伸应变传感性能测试时，GO/CNTs/SEBS拉伸/压缩双功能柔性应变传感器灵敏度达到45.45。在进行压缩应变传感性能测试时，GO/CNTs/SEBS拉伸/压缩双功能柔性应变传感器的压缩灵敏度可以达到145.16。在控制10％应变条件下，GO/CNTs/SEBS拉伸/压缩双功能柔性应变传感器在3000s的拉伸循环测试下拉伸电流变化率小于15％，在4000s的压缩循环测试下压缩电流变化率小于5％，能够满足长时间工作要求。该传感器能够灵敏的监测到喉结、鼠标左键、手指及手肘关节处的运动，具有广泛的应用空间。
附图说明：
[0013]附图1是本专利技术制备的GO/CNTs/SEBS拉伸/压缩双功能柔性应变传感器的应力
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应变曲线(a)拉伸应变(b)压缩应变。
[0014]附图2是本专利技术制备的GO/CNTs/SEBS拉伸/压缩双功能柔性应变传感器的电流变化率曲线(a)拉伸应变(b)压缩应变.
[0015]附图3是本专利技术制备的GO/CNTs/SEBS拉伸/压缩双功能柔性应变传感器不同应变程度的电流变化率(a)拉伸应变(b)压缩应变。
[0016]附图4是本专利技术制备的GO/CNTs/SEBS拉伸/压缩双功能柔性应变传感器不同应变速度下的电流变化率(a)拉伸应变(b)压缩应变。
[0017]附图5是本专利技术制备的GO/CNTs/SEBS拉伸/压缩双功能柔性应变传感器的拉伸应变循环耐久性测试图。
[0018]附图6是本专利技术制备的GO/CNTs/SEBS拉伸/压缩双功能柔性应变传感器的压缩应变循环耐久性测试图。
[0019]附图7是本专利技术制备的GO/CNTs/SEBS拉伸/压缩双功能柔性应变传感器的人体应用模拟图。
具体实施方式：
[0020]下面以具体实施例的方式对本专利技术技术方案做进一步解释和说明。
[0021]实施例1：双功能柔性应变传感器的制备
[0022]在烧杯中倒入12ml环戊基甲醚(CPME)，将2g SEBS分批次溶解到CPME中，待全部溶解后，加入1g CNTs，待分散均匀后，继续磁力搅拌2小时。搅拌均匀后，将10g NaCl同样分批次分散到CNTs/SEBS/CPME溶液中，搅拌2小时。准备一个直径6cm的培养皿，在培养皿下方铺一层保鲜膜，将添加了NaCl的CNTs/SEBS分散液倒在培养皿内，待上层固化后，将保鲜膜倒置，使分散液的另一面加速固化，完整的固化过程持续约12小时。将固化后的海绵切割成20
×
10
×
10mm的长方体，并放入注满热水的烧杯中，溶解NaCl，得到具有均匀孔洞的CNTs/SEBS海绵。
[0023]在烧杯中滴加9.5g无水乙醇，将0.5g Go缓慢加入无水乙醇中，瓶口密封保鲜膜，在超声机中超声15分钟，停歇5分钟，往复3次；然后将制得的CNTs/SEBS海绵浸泡在浓度为5％的GO/乙醇溶液中10分钟，取出自然干燥；在Go/CNTs/SEBS海绵的两侧粘附导电胶带作
为电极，得到一种柔性应变传感器，所述的柔性应变传感器是GO/CNTs/SEBS拉伸/压缩双功能柔性应变传感器。
[0024]实施例2：GO/CNTs/SEBS拉伸/压缩双功能柔性应变传感器的应力
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应变曲线测试
[0025]测试仪器：WDL
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1kN型电子拉力试验机、LAPTOP
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SRQROAFT型上位机，样品制备：将实施例1制备的传感器在进行传感器拉伸性能测试时，将样品裁剪成50
×
20
×
5mm的哑铃状，在进行压缩性能测试时，将样品裁剪成10
×
10
×
10mm的方块。
[0026]通过GO/CNTs/SEBS拉伸/压缩双功能柔性应变传感器力学性能分析，获得如图1所示的电流变化率曲线。图1a展示了传感器在0～200％的应变区间范围内拉伸应力随本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于拉伸/压缩双功能柔性应变传感器的制备方法，有以下步骤：1)在室温下将SEBS加入环戊基甲醚(CPME)中，磁力搅拌至完全溶解；加入CNTs，搅拌均匀，再加入NaCl，搅拌溶解；将溶液倒入铺有保鲜膜的培养皿中固化，待固化后放入热水中溶解NaCl,得到均匀孔洞的CNTs/SEBS海绵。2)将步骤1)制得的CNTs/SEBS海绵浸泡在GO/乙醇溶液中，超声，自然干燥；在器件的两侧粘附导电胶带作为电极，得到一种柔性应变传感器，所述的柔性应变传感器是GO/CNTs/SEBS拉伸/压缩双功能柔性应变传感器。...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋颖，姚宇博，吉梦楠，戴鸿飞，杨婷婷，张晓波，马翊珈，蒋东霖，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：