【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及压阻复合泡沫领域，具体涉及一种基于宏观隔离结构的压阻泡沫及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着柔性和可穿戴电子设备的出现，包括压阻式、摩擦电、压电式和电容式在内的各种传感器引起了学术研究人员的极大关注，这主要是由于这些传感器在运动监测、人机交互、健康监测等方面具有广阔的应用前景。在这些传感器中，压阻传感器因其设计简单，能耗低，信号明显而脱颖而出。因此，它们在电子皮肤和运动监测应用中具有巨大的潜力。
2、尽管压阻传感器最近取得了进展，但仍有几个挑战有待解决。实现压阻传感器的超高压缩性、超宽检测范围和宽线性响应范围仍然是一个重要的挑战。此外，追求具有防水等功能的压阻传感器也是一个有趣的研究方向。
3、导电弹性体复合材料(cecs)由于其优异的柔韧性、弹性和耐用性等特性而被广泛应用于压阻传感器。然而，由于cecs的可压缩性相对有限，cecs泡沫在压阻传感器领域表现出优越的可压缩性和更高的灵敏度，因此越来越受到重视。
4、值得注意的是，热塑性弹性体以其出色的可加工性、弹性和耐久性为特征，已成为泡沫传感器中作为基体材料的首选。
5、为了使泡沫传感器具有压阻能力，在聚合物基体中引入了导电填料，主要包括炭黑(cb)、石墨烯(g)、碳纳米管(cnts)。值得注意的是，碳纳米结构(cns)是一种新型的支化多壁碳纳米管，与普通碳纳米管相比，它具有更低的逾渗阈值和更好的聚合物相容性。
6、泡沫传感器的压阻性能与制造方法的选择密切相关，而制造方法的选择对泡沫材料的电导率和力学性
7、为了制备具有宽应变检测范围的泡沫传感器，人们进行了大量的努力。然而，这些传感器很少能够实现高达90％应变的超宽响应范围，并且通常表现出仅作为应变传感器的低灵敏度制备方法不环保、复杂。
8、此外，实现高达1mpa的抗压强度也是一项挑战。基于气凝胶和海绵的泡沫传感器由于具有良好的可压缩性，在检测细微压力方面具有较高的灵敏度。但由于其抗压强度相对较差，压力检测范围有限。
9、因此，迫切需要开发同时具有超宽应变和压力响应范围的压阻泡沫传感器。
10、公开号为cn107629443a的专利说明书公开了一种具有压敏特性的微孔发泡导电热塑性弹性体材料及其生产方法，采用的是共混挤出的工艺，得到的是随机分布结构的泡沫材料。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，通过将柔性聚烯烃弹性体(poe)等聚合物粒子与导电支化碳纳米管(即碳纳米结构，cns)等导电填料相结合，开发了一种简单而环保的策略来制备复合泡沫材料传感器。本专利技术通过平板硫化机压缩成型制备形成具有宏观隔离结构的复合材料。随后，超临界二氧化碳等发泡被用于制备隔离结构复合泡沫材料。由于宏观隔离结构的设计，压阻泡沫具有超低的密度(可低至0.1g/cm3)，良好的疏水性(接触角可达140.8°以上)以及超低的逾渗阈值(可低至0.011vol％)。本专利技术所制备的泡沫传感器表现了超高的应变和应力响应范围(0.5％～90％压缩应变/0.5～3800kpa)，以及宽的线性应变与应力检测范围。
2、具体技术方案如下：
3、一种基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，包括步骤：
4、(1)聚合物粒子与导电填料干混，得到表面包裹导电填料的聚合物粒子；
5、(2)将所述表面包裹导电填料的聚合物粒子在平板硫化机中压缩成型，得到具有宏观隔离结构的复合片材；
6、(3)将所述具有宏观隔离结构的复合片材在超临界流体中保温保压、泄压、冷却定型，得到所述基于宏观隔离结构的压阻泡沫。
7、所述的基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，步骤(1)中，所述聚合物粒子可为聚烯烃弹性体、乙丙橡胶、天然橡胶、聚氨酯弹性体、聚酰胺弹性体中的至少一种。
8、所述的基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，步骤(1)中，所述导电填料可为还原氧化石墨烯、石墨烯、炭黑、碳纳米管、银纳米线、mxene、支化碳纳米管中的至少一种，例如可为聚氨酯涂敷的支化碳纳米管。
9、所述的基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，步骤(1)中，以所述聚合物粒子与所述导电填料的总质量为100％计，所述导电填料的质量百分占比可为0.01％～20％，例如可为0.01％、0.2％、0.5％、1％、3％、5％、8％、10％、20％中的任意值或上述任意两者之间的范围值。
10、所述的基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，步骤(1)中，所述聚合物粒子的粒径可为300～10000μm，例如可为2mm、5mm、10mm等。
11、在一实施例中，所述的基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，步骤(1)中，所述干混的时间不超过24小时。
12、在一实施例中，所述的基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，步骤(1)中，所述干混的温度为室温。
13、所述的基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，步骤(2)中，所述压缩成型的温度可为20～200℃，例如可为120℃，压力可为10～20mpa，例如可为15mpa。
14、所述的基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，步骤(3)中，所述超临界流体可为超临界二氧化碳和/或超临界氮气。进一步的，所述超临界流体为超临界二氧化碳和超临界氮气时，所述超临界二氧化碳与所述超临界氮气的体积比可为(19:1)～(1:19)。
15、所述的基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，步骤(3)中，所述超临界流体的用量可为所述复合片材质量的0.5％～10％。
16、所述的基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，步骤(3)中，所述在超临界流体中保温保压的压强可为8～20mpa，例如可为10mpa，饱和温度可为-10～200℃，进一步可为40～100℃，例如可为55℃，时间可为1～6000分钟，例如可为60分钟。
17、在一实施例中，所述的基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，步骤(3)中，所述泄压的时间不超过120s。
18、所述的基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，步骤(3)中，所述基于宏观隔离结构的压阻泡沫的厚度可为0.1～50mm，例如可为0.1mm、1mm、3mm、5mm、20mm、30mm、50mm中的任意值或上述任意两者之间的范围值。
19、所述的基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，步骤(3)中，所述基于宏观隔离结构的压阻泡沫的发泡膨胀倍率可为1～30倍，例如可为8.5倍。
20、所述的基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，步骤(3)中，所述基于宏观隔离结构的压阻泡沫的平均泡孔尺寸可为0.1～500μm。
21、本专利技术还提供了所述的制备方法制备得到的基于宏观隔离结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚合物粒子为聚烯烃弹性体、乙丙橡胶、天然橡胶、聚氨酯弹性体、聚酰胺弹性体中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述导电填料为还原氧化石墨烯、石墨烯、炭黑、碳纳米管、银纳米线、MXene、支化碳纳米管中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，以所述聚合物粒子与所述导电填料的总质量为100％计，所述导电填料的质量百分占比为0.01％～20％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚合物粒子的粒径为300～10000μm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述压缩成型的温度为20～200℃，压力为10～20MPa。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中：
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述基于宏
9.根据权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到的基于宏观隔离结构的压阻泡沫。
10.根据权利要求9所述的基于宏观隔离结构的压阻泡沫作为传感器在人体运动监测、人机交互、健康监测、智能机器人中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种基于宏观隔离结构的压阻泡沫的制备方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚合物粒子为聚烯烃弹性体、乙丙橡胶、天然橡胶、聚氨酯弹性体、聚酰胺弹性体中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述导电填料为还原氧化石墨烯、石墨烯、炭黑、碳纳米管、银纳米线、mxene、支化碳纳米管中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，以所述聚合物粒子与所述导电填料的总质量为100％计，所述导电填料的质量百分占比为0.01％～20％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚合...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪龙，李学云，吴明辉，任倩，高鹏，李继张，郑文革，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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