一种多层级闭合狭口导电材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及导电材料技术领域，具体涉及一种多层级闭合狭口导电材料及其制备方法。在泡沫载体中开设相互连通的圆型通孔，并在圆型通孔中插入矩形泡沫载体，从而形成具有特殊狭口结构的泡沫载体，并通过一定的工艺在泡沫载体的表面负载聚多巴胺涂层与聚吡咯纳米纤维层，即可得到本发明专利技术多层级闭合狭口导电材料。本发明专利技术通过仿生独特的蝎子狭缝感受器结构设计出狭口结构，实现导电路径在压力下的快速变化，并通过简单的涂覆工艺使自聚合形成的聚吡咯纳米纤维附着在聚氨酯泡沫骨架上，形成连续的导电网络，最终制备得到多层级闭合狭口结构的导电复合泡沫，实现了高性能导电复合泡沫材料的压阻性能响应调控。的压阻性能响应调控。的压阻性能响应调控。

【技术实现步骤摘要】
一种多层级闭合狭口导电材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及导电材料
，具体涉及一种多层级闭合狭口导电材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，柔性压力传感器在运动监测、语音识别、机器人假体、智能机器人等领域引起了广泛的研究关注。压阻式压力传感器因其简单的器件组装和优异的传感灵敏度，以及通过将施加在导电材料上的机械负荷转化为电阻信号变化来监测机械变化的能力而引起了极大的研究兴趣。
[0003]由于其低密度、高孔隙率和良好的弹性，具有典型三维结构的商用聚氨酯泡沫被认为是压阻式压力传感器的理想基体。基于聚氨酯泡沫的压阻式压力传感器的传感机理是当泡沫传感器被反复按压和回复时，通过泡沫骨架上装饰的导电涂层的接触和分离来反复产生和消除导电路径，从而实现由机械信号向电信号的转变。
[0004]尽管压阻式压力传感器的研究已经取得了较大的进展，但如何通过活性层材料的选用和传感结构的设计，制备高性能导电复合泡沫材料，实现导电路径在压力下的快速变化以及对压阻性能响应调控，以及如何实现低成本、高灵敏度并可大规模制备，仍然是一个巨大的挑战。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种多层级闭合狭口导电材料及其制备方法，以达到可低成本、大规模制备高性能导电复合泡沫材料的目的。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种多层级闭合狭口导电材料，包括泡沫载体，所述的泡沫载体中设置有圆型通孔，圆型通孔的数量至少为两个并相互连通，在连通的圆型通孔中插入矩形泡沫载体，在圆型通孔的连通处与矩形泡沫载体之间形成狭口结构，在泡沫载体的表面负载有结合材料涂层与导电层。
[0007]进一步地，所述的泡沫载体为聚氨酯泡沫、聚酰亚胺泡沫、三聚氰胺泡沫、聚乳酸泡沫、硅橡胶、热塑性聚苯乙烯弹性体、热塑性聚烯烃弹性体、热塑性共聚酯弹性体、热塑性聚酰胺弹性体以及热塑性聚氨酯弹性体中的一种或多种，结合材料涂层为聚多巴胺涂层，导电层为聚吡咯纳米纤维层。
[0008]进一步地，所述的狭口结构可根据所需传感性能，对圆型通孔的圆心距、孔数、孔径以及矩形泡沫载体的厚度进行调整。
[0009]多层级闭合狭口导电材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1、制备具有狭口结构的泡沫载体；
[0011]S2、在S1制备的泡沫载体表面负载结合材料涂层，形成复合泡沫；
[0012]S3、在S2制备的复合泡沫表面附着导电层，即可得到本专利技术多层级闭合狭口导电材料。
[0013]进一步地，所述的S1中，使用冲孔模具将泡沫载体的圆型通孔成型，在连通的圆型通孔中插入矩形泡沫载体，即可得到具有狭口结构的泡沫载体。
[0014]进一步地，所述的S1中，将得到的具有狭口结构的泡沫载体放入无水乙醇中超声清洗，超声时间为10min，而后放入烘箱内干燥，烘干温度为45℃，烘干时间为3h。
[0015]进一步地，所述的S2中，将泡沫载体浸泡在三(羟甲基)氨基甲烷和盐酸多巴胺的乙醇溶液中，调节适宜的pH并室温搅拌、去离子水洗涤、室温干燥，即可在泡沫载体表面形成聚多巴胺涂层。
[0016]进一步地，所述的S2中，乙醇溶液中V
乙醇
:V
去离子水
＝3:7，三(羟甲基)氨基甲烷的质量分数为0.08～0.1％，盐酸多巴胺的质量分数为0.18～0.2％，pH调节为8.5，室温搅拌时长为12h。
[0017]进一步地，所述的S3中，将吡咯和甲基橙溶于去离子水中，得到第一种溶液，将三氯化铁六水合物溶于去离子水，得到第二种溶液，将两种溶液预冷至0～4℃并等体积比混合，将复合泡沫充分浸渍在混合溶液中，室温下聚合而后用盐酸冲洗至无有色副产物释放，再用乙醇洗涤，烘箱中干燥，即可得到本专利技术多层级闭合狭口导电材料。
[0018]进一步地，所述的S3中，第一种溶液中，吡咯的质量分数为0.2～0.3％，甲基橙的质量分数为0.04～0.05％，第二种溶液中，三氯化铁六水合物的质量分数为2～3％，室温聚合时间为1h，冲洗盐酸浓度为0.1mol/L，干燥温度为50℃，干燥时间为8h。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]本专利技术通过仿生独特的蝎子狭缝感受器结构设计出狭口结构，以实现导电路径在压力下的快速变化，并通过简单的涂覆工艺使自聚合形成的聚吡咯纳米纤维附着在聚氨酯泡沫骨架上，形成连续的导电网络，最终制备得到多层级闭合狭口结构的导电复合泡沫，实现了高性能导电复合泡沫材料的压阻性能响应调控。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例1导电材料结构示意图；
[0022]图2是本专利技术实施例1电材料制备流程示意图；
[0023]图3是本专利技术实施例1聚氨酯泡沫表面(a)、聚多巴胺表面(b)以及聚吡咯纤维(c)的扫描电镜图；
[0024]图4是本专利技术实施例1导电材料与普通泡沫相对阻力随压力的变化示意图；
[0025]图5是本专利技术实施例1导电材料传感机理示意图；
[0026]图6是本专利技术实施例1导电材料10％～40％应变下的循环压阻响应曲线(a)、50％～70％应变下的循环压阻响应曲线(b)以及压缩速率为10mm/min至50mm/min时的循环压阻响应曲线(c)；
[0027]图7是本专利技术实施例1导电材料在不同应变下的电流
‑
电压曲线示意图；
[0028]图8是本专利技术实施例1导电材料在1％应变下压缩速率为100mm/min时的响应时间示意图；
[0029]图9是本专利技术实施例1导电材料压缩速率为20mm/min时1000次稳定性试验示意图。
[0030]图中各标记对应的名称：
[0031]1、泡沫载体；2、圆型通孔；3、矩形泡沫载体；4、狭口结构；5、结合材料涂层；6、导电
层。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0033]在本专利技术中压缩速率指的是导电材料以一定毫米每分钟的速率被压缩，当导电材料被压缩的时候电阻值随着导电通路的构筑而下降，压缩完全后，随着施加压力的缓慢减少，导电通路逐渐断开，电阻值又重新恢复到原来的状态，不断循环，出现了波形，而应变指的是材料被压缩的高度占到材料原本高度的百分之多少，如10cm的材料被力压缩了1cm，此时的高度为9cm，那么就说这个材料发生了10％的应变。
[0034]如图1所示，在本专利技术导电材料中设置有泡沫载体1，在泡沫载体1中开设有相互连通的圆型通孔2，圆型通孔2的数量至少为两个，在连通的圆型通孔2中插入矩形泡沫载体3，在圆型通孔2的连通处与矩形泡沫载体3之间形成狭口结构4。
[0035]如图2所示，将泡沫载体1浸泡在三(羟甲基)氨基甲烷和盐酸多巴胺的乙醇溶液中，调节适宜的pH并室温搅拌、去离子水洗涤、室温干燥，即可在泡沫载体1表面形成聚多巴胺涂层，而后将吡咯和甲基橙溶于去离子水中，得到第一种溶液，将三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层级闭合狭口导电材料，其特征在于：包括泡沫载体(1)，所述的泡沫载体(1)中设置有圆型通孔(2)，圆型通孔(2)的数量至少为两个并相互连通，在连通的圆型通孔(2)中插入矩形泡沫载体(3)，在圆型通孔(2)的连通处与矩形泡沫载体(3)之间形成狭口结构(4)，在泡沫载体(1)的表面负载有结合材料涂层(5)与导电层(6)。2.根据权利要求1所述的一种多层级闭合狭口导电材料，其特征在于：所述的泡沫载体(1)为聚氨酯泡沫、聚酰亚胺泡沫、三聚氰胺泡沫、聚乳酸泡沫、硅橡胶、热塑性聚苯乙烯弹性体、热塑性聚烯烃弹性体、热塑性共聚酯弹性体、热塑性聚酰胺弹性体以及热塑性聚氨酯弹性体中的一种或多种，结合材料涂层(5)为聚多巴胺涂层，导电层(6)为聚吡咯纳米纤维层。3.根据权利要求1所述的一种多层级闭合狭口导电材料，其特征在于：所述的狭口结构(4)可根据所需传感性能，对圆型通孔(2)的圆心距、孔数、孔径以及矩形泡沫载体(3)的厚度进行调整。4.根据权利要求1～3所述的多层级闭合狭口导电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备具有狭口结构(4)的泡沫载体(1)；S2、在S1制备的泡沫载体(1)表面负载结合材料涂层(5)，形成复合泡沫；S3、在S2制备的复合泡沫表面附着导电层(6)，即可得到本发明多层级闭合狭口导电材料。5.根据权利要求4所述的多层级闭合狭口导电材料的制备方法，其特征在于：所述的S1中，使用冲孔模具将泡沫载体(1)的圆型通孔(2)成型，在连通的圆型通(2)中插入矩形泡沫载体(3)，即可得到具有狭口结构(4)的泡沫载体(1)。6.根据权利要求5所述的多层级闭合狭口导电材料的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：米皓阳，任筱玥，董斌斌，刘春太，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：