【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及柔性传感器，尤其涉及一种压阻双层复合柔性传感器的制备方法。
技术介绍
1、柔性传感器已经成为现在的热门研究方向，各种柔性传感器层出不穷。现有的柔性应变传感器主要分为压电式和压阻式两类。固体受到作用力后电阻就要发生变化，这种现象叫压阻效应。压电式传感器响应时间快，适用于动态信号的检测，例如瞬态力变化、形变速度等，但是压电传感信号不能反映物体的受力状态和应变状态。而压阻式传感器的优越往往体现在对静态力的检测上，根据电阻的大小实时检测出物体的受力状态和形变状态。因此，为了获得稳定的的压阻式应变传感器，研发出电阻稳定、应变下电阻变化稳定度高的压阻传感材料是极其必要的。
2、液态金属作为新兴柔性导电物质，在柔性导电领域已经获得了极多的应用，液态金属不但具有液体的可流动性和随意可弯曲性等优点，还具有媲美铜铝等常用导线的高导电率，因此它得到了广泛的应用。液态金属固然有这么多优点，但是它有很强的团聚效应，在制作液态金属柔性传感器的过程中，很容易出现因为团聚而导致的传感器件各处电阻率不同以及不稳定的现象，这对它的传感应用带来了很大的限制。
技术实现思路
1、鉴于此，本专利技术的目的在于，提供一种压阻双层复合柔性传感器的制备方法，本专利技术实现了稳定的电阻以及电阻变化，并且解决了液态金属封装的难题。
2、为了达到上述专利技术目的，进而采取的技术方案如下：
3、一种压阻双层复合柔性传感器的制备方法，包括以下步骤：
4、s1.制备聚乙烯醇和水性
5、s1-1.配制聚乙烯醇浓缩液(pva浓缩液)
6、称量15g-30g聚乙烯醇固体颗粒备用，量取去离子水195ml-305ml，加入烧杯中，将烧杯放入90℃的水浴锅中预热五分种，随后在不断搅拌的同时分批缓慢加入聚乙烯醇固体颗粒，当出现浮沫时，用药勺撇去，半小时后聚乙烯醇固体颗粒完全溶解，形成有一定有粘度的透明溶液，随后将水浴锅温度降至60℃进行浓缩操作，在过程中可能出现页面结膜现象，会严重影响浓缩速度，需要用药勺进行破膜处理，让破碎的膜重新溶解于水中，最后等待水位降至100ml-200ml处，即可得到质量分数为10％-20％的聚乙烯醇浓缩液，静置放凉备用；
7、s1-2.制备水性聚氨酯乳液(wpu乳液)
8、在插有温度计、冷凝管和氮气入口的三口烧瓶中，全程通入5l/min的高纯氮气防止反应物接触氧气氧化或产生多余的副反应，并且可以避免空气中水分的带入导致扩链反应提前，反应温度通过调节水浴锅温度来控制，每隔十分钟监测三口烧瓶中反应液的温度，具体合成工艺如下：首先加热三口烧瓶至温度为85℃，加入35g烘干0.5小时的聚丙二醇，然后加入7.5g异弗尔酮二异氰酸酯，反应过程保持搅拌两小时，降温至70℃，随后加入1.83g的2，2-二羟甲基丙酸并加入催化剂二月桂酸二丁基锡8-10滴，继续反应1.5小时，由于聚合反应过程中会出现因分子量变大而导致的反应液粘度大幅度提高导致搅拌困难，因此需要在反应过程中分次加入丙酮，共计60ml，以此来有效降低粘度，再次水浴锅温度降温至50℃，加入成盐剂三乙胺1.3克，继续反应，最后将三口烧瓶中磁子取出并放入聚四氟乙烯高速搅拌棒，搅拌的同时加入80ml去离子水和15ml乙二胺，并以3000r/min的速度高速搅拌0.5小时，最终制得固含量约为30％的淡蓝色半透明的阴离子型水性聚氨酯乳液，该乳液能在半个月内稳定存在，不分层不沉淀；
9、s1-3.混合液配制
10、将聚乙烯醇浓缩液和水性聚氨酯乳液以固体质量比1：1进行混合，称取聚乙烯醇浓缩液6.47g-13.53g备用，称取3.23g-6.77gg水性聚氨酯乳液备用，取一个干净烧杯，将两者倒入其中，用金属药勺进行混合拌匀，得到灰色粘稠的混合液，烧杯封上保鲜膜备用；
11、s2.制备液态金属分散液
12、s2-1.溶解以及混合处理
13、称取73mg-152mg聚乙烯吡咯烷酮备用，量取15ml-30ml无水乙醇备用，准备一个100ml的带盖塑料瓶，先将聚乙烯吡咯烷酮放入其中，随后加入全部无水乙醇并摇晃一分钟，可以看到白色的聚乙烯吡咯烷酮粉末很快完全溶解于无水乙醇中，静置备用，随后向塑料瓶中用注射器加入1.4g-3.1g液态镓铟合金，盖好塑料瓶盖；
14、s2-2超声处理
15、将上述塑料瓶放入超声机中进行超声处理，并控制超声机中水面基本与上述塑料瓶中水位平齐，超声处理0.9h-1.6h，超声功率为150w，超声过程中需要十分钟监测一次水温，通过换水实现超声机中的水温保持室温25℃左右即可，最终得到金属灰色的液态金属分散液，可以放置数周不分层；
16、s3.制备双层液态金属柔性传感器
17、s3-1.底层的成型
18、将上述混合液用注射器吸取4ml-11ml，挤入直径为7mm-13mm的培养皿中，通过倾斜让液体均匀分布在培养皿底部，再将培养皿放入-20℃的低温试验箱中12h，随后取出置于室温中融化4h，如此冻融循环三次，即可得到基本成型的双层水凝胶的底层，需要保持底层有一定的湿润性以便上层的结合；
19、s3-2.上层的成型
20、将剩下的4ml-11ml混合液中加入1.9ml-4.1ml液态金属分散液，并搅拌均匀，用注射器吸取后挤入上述底层上，通过倾斜进行均匀操作，并再次进行上述冻融三次循环的操作，即可得到紧密结合的双层液态金属水凝胶传感器。
21、本专利技术的有益效果是：本专利技术通过有机物的良好包裹作用，实现了液态金属颗粒的均匀稳定分散，为液态金属的使用扩大了范围，通过水性聚氨酯和聚乙烯醇的双网物理交联，实现了较好的力学性能，通过双层结构的设计实现了液态金属的完全封装，制备了一种制作简单，结构以及电阻稳定，能够对应变进行快速响应的柔性压阻水凝胶传感器。
22、传感器除了导电填料以外，一定要有良好的基体来承载液态金属这一导电填料。考虑到需要实现的自愈水凝胶传感器以及良好的电阻稳定性，水性聚氨酯这一聚合材料被提出来了，水性聚氨酯有较多的能够提供氢键的官能团，这能为好的自愈型提供基本理论基础，同时由于水性的原因，使得它能够和其他基体混合后通过烘干或者冻融循环的方法来实现形状和结构可以随意设计的特点。本专利技术利用有机物聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇，在超声时包裹因超声而分散的液态金属小颗粒的方法，实现了液态金属均匀稳定分散，同时也就实现了液态金属传感器的稳定电阻，对提高传感器的使用范围起到了重要作用。最后为了完全实现液态金属的封装和不泄露，本专利技术设计了一种双层结构，底层不加入液态金属分散液，只有基体，通过双层结构的成型工艺的设计以及利用液态金属分散液的缓慢沉降作用，最终实现了液态金属的完全封装。本专利技术实现了稳定的电阻以及电阻变化，并且解决了液态金属封装的难题，为压阻式传感器的应用做出了推动作用。
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1.一种压阻双层复合柔性传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种压阻双层复合柔性传感器的制...
【专利技术属性】
技术研发人员：李洁，罗文峰，曹杨，刘琦，王杰，韩晶，李迎春，王文生，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
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