【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种柔性电容式压力传感器及其制备方法，特别涉及一种柔性多孔mwcnts/pdms海绵的制备的方法，属于复合材料合成领域和传感器领域。
技术介绍
1、高灵敏度和柔性压力传感器由于其在可穿戴传感设备、生物医学诊断、电子皮肤、和电子纺织品、柔性触摸显示屏等柔性电子设备领域的需求日益增长而备受关注。柔性传感器具有尺寸大小可控、重量极轻、环境适应性强等特点，通过对外界的压力变化来感知环境，进而对待测目标产生积极正确的响应。因目前，已经制备了各种不同传感机制的压力传感器，主要分为以下四类：电容式、压阻式、压电式、和摩擦电式。其中，与其他技术相比，电容式传感器具有较低的功耗和温度漂移等优点，使其非常适合于可穿戴电子设备和其他需要低功耗的消费电子产品。研究人员在提高柔性电容式压力传感器的灵敏度方面作了很多的努力，因此电容式压力传感器具有更大的研究潜力，并得到了广泛的应用。
2、介电层结构的结构与材料选择是决定柔性传感器灵敏度和稳定性的重要因素。基于微纳结构制备的介电层，当施加外力时可以改变介电层的有效介电常数，使电容值迅速变化，从而提高相应传感器的灵敏度；在柔性材料中复合高介电材料进行新型介电层制备，也能使得柔性传感器在使用中可以保持比较高的灵敏度，提升介电层的介电性能，并且在一定压力范围内实现高柔性状态，进而满足柔性传感器设计的轻质化、小型化、高效化的目标，实现现有材料难以达到的功能及性能。但是，现有柔性传感器的制备工艺存在的制造成本高，反应工艺复杂，且该传感器灵敏度不高。
技术实现思路<
1、为此，本专利技术创造性地将多孔mwcnts/pdms海绵作为柔性介电层，与柔性电极粘合，从而实现高灵敏度的柔性电容式压力传感器制备，该传感器具备较高的灵敏度，较低的监测极限，可实现了传感器的多功能测量。
2、一方面，本专利技术提供了一种柔性电容式压力传感器，包括：上电极层、下电极层以及分布在上电极层和下电极层之间的柔性多孔介质层；所述柔性多孔介质层包含具有有序通孔结构的多壁碳纳米管海绵骨架和部分填充且均匀分布在多壁碳纳米管海绵骨架内部的树脂材料。
3、较佳的，所述柔性多孔介质层具备具有有序通孔结构，其孔隙率为60～85％，有序通孔结构的直径为65μm～230μm。
4、较佳的，所述具有有序通孔结构的多壁碳纳米管海绵骨架的孔隙率为20～30％，其有序通孔结构的直径为20μm～65μm；优选地，所述有有序通孔结构的多壁碳纳米管海绵骨架中多壁碳纳米管的尺寸包括：200～500nm。
5、较佳的，所述树脂材料选自聚二甲基硅氧烷pdms、环氧树脂和聚偏氟乙烯中的至少一种；所述树脂材料和具有有序通孔结构的多壁碳纳米管海绵骨架的质量比为1：(25～100)。
6、较佳的，所述柔性多孔介质层的厚度为1mm以上，优选为1mm～3mm。
7、较佳的，所述上层电极和下电极层由导电胶带组成；第一导线和第二导线贴附在导电胶带上实现与上/下电极层相接。
8、另一方面，本专利技术提供了一种柔性电容式压力传感器的制备方法，包括：
9、(1)采用冰模板法，取多壁碳纳米管悬浮液倒入聚四氟乙烯-钢板模具中，然后进行单向冷冻和冷冻干燥，得到具有有序通孔结构多壁碳纳米管海绵骨架；
10、(2)将具有有序通孔结构多壁碳纳米管海绵骨架多次浸渍在树脂材料稀释液中后取出并固化处理，得到柔性多孔介质层；
11、(3)将上电极层和下电极层分别贴附在所得柔性多孔介质层的上下两侧，得到柔性电容式压力传感器。
12、较佳的，所述多壁碳纳米管悬浮液中多壁碳纳米管的浓度为1～4mg/ml，溶剂为水。
13、又，较佳的，将多壁碳纳米管加入至分散液中，再经搅拌、超声处理，得到分散均匀的多壁碳纳米管悬浮液。
14、又，较佳的，所述分散液选自羧甲基纤维素水溶液、纳米纤维素水溶液、海藻酸钠水溶液、聚乙烯醇水溶液中的一种，所述分散液的浓度为4～7mg/ml。
15、较佳的，所述单向冷冻的温度为-30℃～-70℃，时间为2～4小时。
16、较佳的，所述冷冻干燥的温度为-40℃～50℃，气氛为真空，时间为24～48小时。
17、较佳的，所述树脂材料稀释液中溶质选自聚二甲基硅氧烷pdms、环氧树脂和聚偏氟乙烯中的至少一种，溶剂选自异丙醇、氯仿、二氯甲烷和甲苯中的至少一种，浸渍次数为2～10次。
18、较佳的，所述树脂材料稀释液的浓度为0.1～0.2ml/ml。
19、有益效果：
20、本专利技术提供的柔性电容式压力传感器介质层制备方法及其传感器组装，过调配mwcnts与cmc的比例，保证mwcnts的均匀分散，并用冰模板方法将其制备成有序通孔状，最后浸渍pdms得到一个多孔柔性介质层。贴附上电极，组装成柔性电容式压力传感器。一方面有利用mwcnts提高介质层得介电常数，以提高传感器的灵敏度，另一方面，多孔形态能提高传感器的柔性，进而提高传感器的灵敏度。
21、本专利技术提供的采用冰模板法制备的柔性电容式压力传感器具备极低检测限(3pa)，对微小压力有响应，且灵敏度在低压阶段(0～1kpa)达到2.14kpa-1，相对于采用糖模板法显著提高，灵敏度提升4倍，线性度良好。
22、本专利技术提供的柔性传感器人体适用性极佳，可与待测对象进行长时间接触及贴合，并减少对象运动所造成的震动干扰，提升了传感器测量的精准性与长效性。
23、本专利技术提供的柔性传感器，将结合多孔mwcnt/pdms作为柔性介电层，由于多壁碳纳米管的介电常数远高于聚二甲基硅烷的介电常数，故与其结合可大幅度提升材料的介电性能。
24、本专利技术提供的柔性传感器中柔性介电层，用冰模板法制备介质层的多孔结构，其制备的多孔具有互联网络结构、高孔隙率、较好的压缩应变性，可进一步提高传感器灵敏度，相对于通过静电纺丝工艺来结合二者，该方法重现性高、成本低、且工艺简单。
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1.一种柔性电容式压力传感器，其特征在于，包括：上电极层、下电极层以及分布在上电极层和下电极层之间的柔性多孔介质层；所述柔性多孔介质层包含具有有序通孔结构的多壁碳纳米管海绵骨架和部分填充且均匀分布在多壁碳纳米管海绵骨架内部的树脂材料。
2.根据权利要求1所述的柔性电容式压力传感器，其特征在于，所述柔性多孔介质层具备具有有序通孔结构，其孔隙率为60～85%，有序通孔结构的直径为65μm～230μm。
3.根据权利要求1或2所述的柔性电容式压力传感器，其特征在于，所述具有有序通孔结构的多壁碳纳米管海绵骨架的孔隙率为20～30%，其有序通孔结构的直径为20μm～65μm；优选地，所述有有序通孔结构的多壁碳纳米管海绵骨架中多壁碳纳米管的尺寸包括：200～500 nm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的柔性电容式压力传感器，其特征在于，所述树脂材料选自聚二甲基硅氧烷PDMS、环氧树脂和聚偏氟乙烯中的至少一种；所述树脂材料和具有有序通孔结构的多壁碳纳米管海绵骨架的质量比为1：（25～100）。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的柔性电容式
6.根据权利要求1-5中任一项所述的柔性电容式压力传感器，其特征在于，所述上层电极和下电极层由导电胶带组成；第一导线和第二导线贴附在导电胶带上实现与上/下电极层相接。
7.一种权利要求1-6中任一项所述的柔性电容式压力传感器的制备方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的柔性电容式压力传感器，其特征在于，所述多壁碳纳米管悬浮液中多壁碳纳米管的浓度为1～4mg/mL，溶剂为水；
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述单向冷冻的温度为-30℃～-70℃，时间为2～4小时；
10.根据权利要求7-9中任一项所述的柔性电容式压力传感器制备方法，其特征在于，所述树脂材料稀释液中溶质选自聚二甲基硅氧烷PDMS、环氧树脂和聚偏氟乙烯中的至少一种，溶剂选自异丙醇、氯仿、二氯甲烷和甲苯中的至少一种；所述树脂材料稀释液的浓度为0.1～0.2mL/mL。
...【技术特征摘要】
1.一种柔性电容式压力传感器，其特征在于，包括：上电极层、下电极层以及分布在上电极层和下电极层之间的柔性多孔介质层；所述柔性多孔介质层包含具有有序通孔结构的多壁碳纳米管海绵骨架和部分填充且均匀分布在多壁碳纳米管海绵骨架内部的树脂材料。
2.根据权利要求1所述的柔性电容式压力传感器，其特征在于，所述柔性多孔介质层具备具有有序通孔结构，其孔隙率为60～85%，有序通孔结构的直径为65μm～230μm。
3.根据权利要求1或2所述的柔性电容式压力传感器，其特征在于，所述具有有序通孔结构的多壁碳纳米管海绵骨架的孔隙率为20～30%，其有序通孔结构的直径为20μm～65μm；优选地，所述有有序通孔结构的多壁碳纳米管海绵骨架中多壁碳纳米管的尺寸包括：200～500 nm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的柔性电容式压力传感器，其特征在于，所述树脂材料选自聚二甲基硅氧烷pdms、环氧树脂和聚偏氟乙烯中的至少一种；所述树脂材料和具有有序通孔结构的多壁碳纳米管海绵骨架的质量比为1：（25～100）。
5.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭海益，王菲菲，姚晓刚，林慧兴，任海深，谢天翼，张奕，何飞，顾忠元，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：
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