[发明专利]碳系材料-高分子聚合物应变敏感薄膜及制备方法

说明书

本发明公开了一种碳系材料‑高分子聚合物应变敏感薄膜及制备方法，涉及一种碳系材料柔性应变敏感薄膜制备方法，其目的在于提供一种碳系材料‑高分子聚合物应变敏感薄膜及制备方法，解决单一碳材料应变薄膜灵敏度差、稳定性不佳的问题。该碳系材料‑高分子聚合物应变敏感薄膜由碳系敏感薄膜、高分子聚合物薄膜通过层层自组装工艺形成多层复合薄膜。制备方法包括以下步骤：基片表面清洗与亲水、疏水处理；配置碳系材料和高分子聚合物分散液；通过层层自组装工艺将高分子聚合物和碳系材料层层组装生长在基片上；将复合薄膜从刚性基底转移到柔性基底；在复合物薄膜表面两端用导电银浆接入电极，再用柔性薄膜进行封装。

技术领域

本发明涉及一种基于碳系材料柔性应变敏感薄膜制备方法，具体地指一种层层自组装制备柔性碳系复合应变薄膜的工艺方法。

背景技术

应变传感器因其具有测量分辨率高、测量范围宽、不受电磁干扰、耐腐蚀、抗冲击振动、抗疲劳、使用寿命长等优点，使其在航空航天、机械、电力、化工、建筑、医疗健康、汽车工业等多个领城有着十分广泛的应用。柔性应变传感器不仅可以克服传统应变传感器的刚性、脆性等缺点，而且还可以弯折甚至卷绕，极大地拓展了应变传感器在生物医学领域、仿生机器人领域、智能电子领域、材料结构缺陷监测等领域的运用。

目前用于制备柔性应变敏感薄膜的材料主要包括：碳系材料(石墨烯、碳管等)和金属系材料(AuNWs、AgNWs、ZnONWs、Pt等)，其中碳系纳米材料因具有良好的导电性、高比表面积、优良力学特性等优点，使其被广泛地用于各类功能敏感薄膜材料。目前应变敏感薄膜制备方法主要包括：化学气相沉积、原位自组装、喷涂、浸渍法、静电纺丝法。专利CN104257359A公开了一种基于碳材料-柔性高分子聚合物复合敏感材料柔性应变传感器制备方法，将碳材料和柔性高分子聚合物粘稠状混合物作为敏感材料涂覆在纺织物上，得到三维纳米结构敏感层；其制备特征在于将两种材料粘稠溶液按一定配比直接混合，得到粘稠状混合物，该制备过程简单易于操作，但存在复合材料均匀性及膜层生长可控性差等问题。专利CN103076031A公开了一种利用静电纺丝法制备的柔性可拉伸应变传感器，将配置的导电聚合物纺丝溶液注入针管，利用静电纺丝装置将纺丝溶液沉积在柔性收集基底上，该方法制备的柔性可拉伸应变传感器具有较好的灵敏度和稳定性，但存在着装置成本较高、操作复杂等问题。专利CN104406513A公开了一种石墨烯基表面应变传感器制备方法，将氧化石墨烯喷涂在基板上，利用化学还原或紫外光照射氧化石墨烯得到石墨烯薄膜，粘贴电极后，再喷涂一层高分子溶液，该方法制备的应变传感器应变系数为5，相较于同类应变传感器灵敏度较低，且制备工艺可控性差。

发明内容

基于上述柔性应变敏感薄膜在制备过程中出现的诸如：薄膜制备装置成本高昂、操作复杂、制备工艺可控性差、薄膜性能差、实用价值低等问题。本发明提供一种碳系材料-高分子聚合物应变敏感薄膜及制备方法，解决单一碳材料应变薄膜灵敏度差、稳定性不佳等问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种碳系材料-高分子聚合物应变敏感薄膜，包括多层碳系敏感薄膜、多层高分子聚合物薄膜，所述碳系敏感薄膜与高分子聚合物薄膜依次通过层层自组装工艺形成多层复合薄膜。

其中，所述碳系敏感薄膜所使用的碳材料为石墨烯、氧化石墨烯、氧化还原石墨烯、石墨烯量子点、石墨烯纳米片、碳纳米管、碳纳米纤维、纳米多孔碳或纳米石墨中的一种或几种的组合。

其中，所述高分子聚合物薄膜所使用的材料为一种可溶于水或醇且具有黏粘特性的材料，包括聚乙烯亚胺(PEI)、聚丙烯酰胺(PAAM)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等。

一种碳系材料-高分子聚合物应变敏感薄膜的制备方法，包括以下步骤：

①对刚性基底表面依次进行清洗、亲水、疏水处理；

②配置分散均匀的碳系材料分散液，配置分散均匀的高分子聚合物分散液；