【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于力学和导电性能各向异性的复合材料的制备和应用领域，特别涉及一种力学和导电性能各向异性的三聚氰胺海绵/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、三维多孔块体材料具有高孔隙率，大的修饰面积，低的表观密度，低的热导率，优良的机械性能等特性，近年来被广泛研究和讨论。与水凝胶材料相比，三维多孔块体材料有更好的耐受性也更易功能化。与粉末材料相比，三维多孔块体材料有更好的曲面适应性和形状编辑性，因而便于被加工和使用。三维多孔块体材料在国防军工，航空航天，智能器件，能源储存等领域具有重要的的应用。
2、随着智能传感技术的发展，具有优异可逆压缩性和导电性的三维多孔块体材料成为了轻质、柔性力敏传感领域最有发展前景的候选材料之一。由于三维多孔块体材料的电阻数值随导电网络的可逆压缩回弹发生实时的变化，可被当作压阻式传感器的核心部件。用三维多孔块体材料组装的传感器具有质量轻，柔性好，检测范围宽，循环稳定，制备工艺简单，适用范围广等优势。
3、以商用的聚合物海绵为基体制备的轻质、柔性力敏材料具有制备方法简单，成本低，机械性能好，导电前驱体选择性丰富等优势，因而被重点研究。科研人员们可以通过一步碳化来实现三维导电网络的构筑，也可以通过导电分散液(如碳纳米管、石墨烯、导电高分子)的浸渍来实现三维导电网络的构筑。然而，传统导电海绵内部三维网络呈现无序性，导致导电海绵的电导率和机械性能呈现各向同性，难以实现对应力方向源的识别，因而限制了导电海绵的发展和应用。制备具有各向异性导电结构的导电海绵成了解决该问题的关键。p>
4、取向冷冻铸造工艺是一种制备长程有序结构的常用方法，该方法可将均匀分散的前驱液通过冰晶的排挤形成三维有序的取向片层结构，因而表现出各向异性的物理性质。将商用的三聚氰胺海绵直接作为前驱液容器，通过取向冷冻铸造工艺制备出一种力学和导电性能各向异性的三聚氰胺海绵/碳纳米管复合材料。该材料具有质量轻，结构稳定性好，耐疲劳性优异。更为重要的是，该材料内部长程有序的导电网络赋予了它各向异性的电导率和机械性能，使其在各向异性传感领域有潜在的应用价值。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种力学和导电性能各向异性的三聚氰胺海绵/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用，克服现有导电海绵复合材料各向同性的电导率和机械性能的局限性，改善现有取向冷冻铸造工艺生产效率低，尺寸编辑性差的现状。
2、本专利技术涉及的一种力学和导电性能各向异性的三聚氰胺海绵/碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：
3、步骤(1)将壳聚糖(cs)溶胀在去离子水中，得到cs溶液；
4、步骤(2)将碳纳米管(cnts)分散在步骤(1)的cs溶液，得到碳纳米管/壳聚糖(cnts/cs)分散液；
5、步骤(3)将cnts/cs分散液灌注到商用的三聚氰胺海绵(ms)内；
6、步骤(4)将步骤(3)饱含分散液的ms放在铜块上冷冻铸造；
7、步骤(5)将步骤(4)冷冻铸造后的ms放进冷冻干燥机进行干燥，即得力学和导电性能各向异性的三聚氰胺海绵/碳纳米管复合材料(ccm)。
8、上述制备方法的优选方式如下：
9、所述步骤(1)中cs和去离子水的配比分别为0.5g：99.5g，1g：99g和2g：98g，室温下磁力搅拌机搅拌12h；进一步优选cs和去离子水的配比为1g：99g，室温下磁力搅拌机搅拌12h。
10、所述步骤(2)中cnts和cs溶液的配比分别为0.5g：99.5g，1g：99g和2g：98g，室温下磁力搅拌机搅拌1h，超声细胞破碎机处理1h；进一步优选cnts和cs溶液的配比为1g和99g，室温下磁力搅拌机搅拌1h，超声细胞破碎机处理1h。
11、所述步骤(3)中ms的尺寸为2.5cm×2.5cm×2cm，所用cnts/cs分散液为12ml。
12、所述步骤(4)中冷源为液氮，铜块尺寸为5cm×5cm×5cm，铜块高出液氮液面为1cm。
13、所述步骤(5)中冷冻干燥机温度为-45℃，冷冻干燥48h。
14、本专利技术所述的一种ccm压阻传感器，将所述ccm与铜箔、银浆和铜线装成压阻传感器。
15、所述压阻感器的组装方法包括以下步骤：
16、(1)将ccm两面修平制得m1；
17、(2)将m1的两侧贴上沾有导电银浆的铜箔，制得m2；
18、(3)将m2两侧的铜箔用铜线引出，制得器件m3，器件m3即为所述压阻传感器。
19、所述步骤(1)中用美工刀将ccm两侧修平。
20、所述步骤(2)中铜箔大小和侧面积大小一致，银浆涂满。
21、所述步骤(3)中铜导线一端用银浆固定在铜箔外侧，一段接入相关设备。
22、有益效果
23、本专利技术方法将商用的三聚氰胺海绵直接作为前驱液容器，通过取向冷冻铸造工艺制备出一种力学和导电性能各向异性的三聚氰胺海绵/碳纳米管复合材料。本专利技术方法克服了现有导电海绵各向同性的电导率和机械性能的局限性，改善了传统取向冷冻铸造工艺生产效率低，尺寸编辑性差的现状。
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1.一种三聚氰胺海绵/碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中壳聚糖和去离子水分别为1g和99g，在室温下磁力搅拌机搅拌12h。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中碳纳米管和壳聚糖溶液分别为1g和99g，在室温下磁力搅拌机搅拌1h，超声细胞破碎机处理1h。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中三聚氰胺海绵的尺寸被剪裁为2.5cm×2.5cm×2cm，所用碳纳米管/壳聚糖分散液为12ml。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中冷源为液氮，铜块尺寸为5cm×5cm×5cm，铜块高出液氮液面为1cm。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中冷冻干燥机温度为-45℃，冷冻干燥48h。
7.一种权利要求1所述方法制备的三聚氰胺海绵/碳纳米管复合材料。
8.根据权利要求7所述三聚氰胺海绵/碳纳米管复合材料，其特征在于，所述三聚氰胺海绵/碳纳
9.一种三聚氰胺海绵/碳纳米管复合材料应变传感器，其特征在于，将权利要求7所述的三聚氰胺海绵/碳纳米管复合材料与铜箔、银浆和铜线装成应变传感器。
10.根据权利要求9所述三聚氰胺海绵/碳纳米管复合材料应变传感器，其特征在于，所述三聚氰胺海绵/碳纳米管复合材料应变传感器被用于各向异性压阻传感。
...【技术特征摘要】
1.一种三聚氰胺海绵/碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中壳聚糖和去离子水分别为1g和99g，在室温下磁力搅拌机搅拌12h。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中碳纳米管和壳聚糖溶液分别为1g和99g，在室温下磁力搅拌机搅拌1h，超声细胞破碎机处理1h。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中三聚氰胺海绵的尺寸被剪裁为2.5cm×2.5cm×2cm，所用碳纳米管/壳聚糖分散液为12ml。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中冷源为液氮，铜块尺寸为5cm×5cm×5cm，铜块高出液氮液面...
【专利技术属性】
技术研发人员：张超，朱天宜，刘天西，王煜烽，刘松，胡楠，郭冬菊，王振涛，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：
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