【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及柔性传感器，尤其是涉及一种柔性应变传感器及其制备方法。
技术介绍
1、柔性可穿戴应变传感器由于其在电子皮肤、个人健康检测、人体运动检测和智能机器人等方面的广泛应用前景，在近几年引起了极大的关注。其中，电阻式柔性应变传感器具有结构和读出系统简单等优点，是各种可穿戴应用的理想选择。电阻式柔性应变传感器主要由高弹性聚合物基体(例如聚二甲基硅氧烷(pdms)、热塑性聚氨酯(tpu)、橡胶等)和导电活性材料(如碳纳米管、银纳米线、mxene、石墨烯等)复合而成。
2、为了满足大多数可穿戴的实际应用对应变监测的要求，柔性应变传感器的性能应具有以下特征：(1)优异的循环稳定性；(2)大的拉伸性来实现宽的传感检测范围；(3)能够检测出微弱形变的高灵敏度等。
3、电阻式应变传感器中导电活性材料形成的导电网络主要采用褶皱结构和微裂纹结构。通过在应变传感器中引入褶皱结构，可以在大应变的条件下，不会破坏材料的导电性，从而扩大其传感范围。
4、然而，由于其导电性维持比较好，使其在拉伸状态下电阻的变化比较小，从而导致传感器灵敏度较低。引入微裂纹结构的柔性应变传感器，在拉伸过程中，通过裂纹的扩展与恢复能够获得较高的灵敏度。但是，在循环拉伸过程中，一些裂纹无法恢复到初始位置，导致循环稳定性下降。另一方面，在拉伸应变过大时，容易引起裂纹连接处彻底断开，导电通路无法恢复，导致传感器失效。而且褶皱与微裂纹结构的柔性应变传感器制备工艺复杂。
5、鉴于此，特提出本专利技术。
技术实
1、本专利技术的目的在于提供一种柔性应变传感器及其制备方法，该方法所制备得到的柔性传感器不但具有优异的循环稳定性，而且可实现高灵敏度与大拉伸性的协同一体化。
2、第一方面，本专利技术提供一种柔性应变传感器的制备方法，包括以下步骤：
3、在未完全固化交联的柔性衬底上逐层喷涂碳纳米管分散液和还原氧化石墨烯分散液，并分别进行烘干，得到逐层喷涂有碳纳米管/还原氧化石墨烯传感层的柔性衬底；
4、利用逐层喷涂有碳纳米管/还原氧化石墨烯传感层的柔性衬底制备柔性应变传感器；
5、其中，逐层喷涂的总层数为3-20层之间的任意数值，并优选为奇数层，即当喷涂总层数为奇数，且与柔性衬底接触的传感层为碳纳米管时，一维碳纳米管才可以更好的发挥“桥梁”作用，在还原氧化石墨烯导电网络断裂时，将二维的还原氧化石墨烯桥接起来，由此使得柔性应变传感器在获得较大拉伸的情况下仍能保持较高的灵敏度，同时导电通路又不会完全断裂。
6、作为本技术方案优选地，在本专利技术未完全固化交联的柔性衬底制备时，首先将pdms预交联溶液均匀滴在载玻片上，流延、抽气脱泡后，于85-95℃下固化3-6min，即可得到未完全固化交联的柔性衬底。本专利技术在未完全固化交联的柔性衬底上逐层喷涂导电传感层，喷涂完成后再进行二次固化，可显著增强传感层与柔性衬底界面的结合力，进而提高柔性应变传感器的循环稳定性
7、具体地，在pdms预交联溶液制备时，将pdms的预聚物与交联剂以(9-12)：1的质量比混合搅拌1-3h，抽气脱泡1-2h，即可得到pdms预交联溶液。
8、作为本技术方案优选地，所述逐层喷涂时，首先向未交联固化的柔性衬底上喷涂碳纳米管分散液，于80-100℃下烘干，再喷涂还原氧化石墨烯分散液，于80-100℃下烘干，由此重复碳纳米管分散液和还原氧化石墨烯分散液的喷涂，即可得到cnt1/rgo1/cnt2/rgo2/cnt3/rgo3/cnt4...依次叠加的传感层。
9、本专利技术对于碳纳米管分散液和还原氧化石墨烯分散液的浓度不做严格限定，具体地，所述碳纳米管分散液的浓度优选为0.3mg/ml，所述还原氧化石墨烯分散液的浓度为0.1-1mg/ml，并优选为0.1-0.5mg/ml。
10、作为本技术方案优选地，所述柔性应变传感器制备时，首先在传感层的两端搭接铜片，并涂上银浆固定铜片，作为电极；然后在传感层上浇筑pdms预交联溶液，形成pdms/传感层/pdms三明治结构，并进行固化交联处理；
11、其中，所述银浆固化时，优选地，于110-150℃下处理30-50min。
12、作为本技术方案优选地，所述固化交联处理时，控制温度为80-100℃，时间为2-4h，二次固化处理的方式，可显著增强传感层与柔性衬底界面的结合力，进而提高柔性应变传感器的循环稳定性。
13、作为本技术方案优选地，所述碳纳米管分散液制备时，将碳纳米管与水性分散剂加入去离子水中，依次经电磁搅拌和脉冲超声处理后，得到碳纳米管分散液；
14、优选地，所述碳纳米管与所述水性分散剂的质量比为1：(1-10)；
15、优选地，所述水性分散剂包括十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠和tnwdis中的任意一种或多种；
16、优选地，所述电磁搅拌时，控制时间为1-2h；
17、优选地，所述脉冲超声时，于细胞粉碎机中超声2-4h。
18、作为本技术方案优选地，所述还原氧化石墨烯分散液制备时，将氧化石墨烯与去离子水混合，配制得到氧化石墨烯分散液；然后向氧化石墨烯分散液中加入抗坏血酸，电磁搅拌还原，得到还原氧化石墨烯分散液；
19、优选地，氧化石墨烯与抗坏血酸的质量比为1：(1-18)；
20、优选地，所述电磁搅拌还原时，转速为1000-2000rpm，并优选为1000rpm，还原时间为10-30h，并优选为26h。
21、第二方面，本专利技术还公开了上述制备方法制备得到的柔性应变传感器，也理应属于本专利技术的保护范围。
22、本专利技术的柔性应变传感器，至少具有以下有益效果：
23、1、本专利技术在未完全固化交联的柔性衬底上逐层喷涂导电传感层，喷涂完成后再进行二次固化，可显著增强传感层与柔性衬底界面的结合力，进而提高柔性应变传感器的循环稳定性；
24、2、本专利技术采用逐层喷涂的技术，将一维的碳纳米管与二维的还原氧化石墨烯进行逐层喷涂，形成双导电网络，在大拉伸形变时，还原氧化石墨烯导电网络断裂，一维的碳纳米管起到“桥梁”的作用，将二维的还原氧化石墨烯桥接起来，由此可使得柔性应变传感器在获得较大拉伸的情况下仍能保持较高的灵敏度，同时导电通路又不会完全断裂。因此，本专利技术所制备得到的柔性传感器不但具有优异的循环稳定性，而且可实现高灵敏度与大拉伸性的协同一体化，其制备工艺流程简单快速，具有较高的使用价值和广阔的应用前景。
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1.一种柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述未完全固化交联的柔性衬底制备时，将PDMS预交联溶液均匀滴在载玻片上，流延、抽气脱泡后，于85-95℃下固化3-6min，得到未完全固化交联的柔性衬底。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述PDMS预交联溶液制备时，将PDMS的预聚物与交联剂以(9-12)：1的质量比混合搅拌1-3h，抽气脱泡，得到PDMS预交联溶液。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述逐层喷涂时，首先向未交联固化的柔性衬底上喷涂碳纳米管分散液，于80-100℃下烘干，再喷涂还原氧化石墨烯分散液，于80-100℃下烘干，由此重复碳纳米管分散液和还原氧化石墨烯分散液的喷涂。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管分散液的浓度为0.3mg/mL，所述还原氧化石墨烯分散液的浓度为0.1-1mg/mL。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述柔性应变传感器制备时，首先在传感层的两端搭接铜片，
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述固化交联处理时，控制温度为80-100℃，时间为2-4h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管分散液制备时，将碳纳米管与水性分散剂加入去离子水中，依次经电磁搅拌和脉冲超声处理后，得到碳纳米管分散液；
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原氧化石墨烯分散液制备时，将氧化石墨烯与去离子水混合，配制得到氧化石墨烯分散液；然后向氧化石墨烯分散液中加入抗坏血酸，电磁搅拌还原，得到还原氧化石墨烯分散液；
10.一种柔性应变传感器，其特征在于，根据权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述未完全固化交联的柔性衬底制备时，将pdms预交联溶液均匀滴在载玻片上，流延、抽气脱泡后，于85-95℃下固化3-6min，得到未完全固化交联的柔性衬底。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述pdms预交联溶液制备时，将pdms的预聚物与交联剂以(9-12)：1的质量比混合搅拌1-3h，抽气脱泡，得到pdms预交联溶液。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述逐层喷涂时，首先向未交联固化的柔性衬底上喷涂碳纳米管分散液，于80-100℃下烘干，再喷涂还原氧化石墨烯分散液，于80-100℃下烘干，由此重复碳纳米管分散液和还原氧化石墨烯分散液的喷涂。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管分散液的浓度为0.3mg/ml，所述还原氧化石墨烯分散液的...
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