[发明专利]一种聚苯胺/弹性体拉伸型电容传感器的制备方法

说明书

一种聚苯胺/弹性体拉伸型电容传感器的制备方法，属于电容型传感器制备的技术领域。将油溶性聚苯胺和弹性体溶于溶剂中，经模具定型，得到介电薄膜；将弹性体与油溶性聚苯胺溶液混合，经模具定型，得到导电薄膜；再取两块导电薄膜分别粘贴在一块介电薄膜的两个外表面，即得聚苯胺/弹性体拉伸型电容传感器。该传感器具有结构简单，易于加工，灵敏度高，伸长率高，具有导电弹性体与介电弹性体材料成分相似，电容与拉伸位移的线性关系好等优点。

技术领域

本发明属于电容型传感器制备的技术领域。

背景技术

近年来，导电聚合物在传感器方面的应用越来越受到关注，其中聚苯胺具有合成简单、原料易得、电性能优异等优点，是目前公认的最具有应用开发潜力的导电聚合物材料之一。但是，由于聚苯胺分子链具有较强的刚性和链间相互作用，使其溶解性和成膜性能较差，极大地限制了其在传感器上的广泛应用。

采用乳液聚合法制备聚苯胺，其在有机溶剂中的溶解度高，并且与大多数弹性体具有较好的相容性，将其和弹性体按照一定的比例复合可以得到力学性能和电性能优良的复合材料薄膜。电容型传感器具有结构简单、适用范围广、功率低等优点，得到更加广泛的研究和关注，主要工作方式为压力型和拉伸型。目前，压力型电容传感器由于不能够拉伸形变，只能测试到挤压的压力变化，这限制了其应用领域。

拉伸型电容传感器可以将形变转换为稳定的电容信号，是最有潜力的电活性聚合物材料，不仅具有超大变形量、超快响应速度、高机电转化效率、良好的负载匹配性、超强的环境适用性、高疲劳寿命以及优异的仿生性能等特点，同时，还可以作为力学传感器应用于包括机器人触觉皮肤在内的众多新兴研究领域，已成为国内外学者关注的热点之一。但是，介电弹性体的设计与合成、导电电极的制备、应力或应变与电容变化关系等关键问题，限制了拉伸型电容传感器的研究发展和实际应用。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本发明目的是提出一种聚苯胺/弹性体拉伸型电容传感器的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）将油溶性聚苯胺和弹性体溶于溶剂中，然后置于定型模具中，经蒸发溶剂后，得到介电薄膜；

2）将弹性体与油溶性聚苯胺溶液混合，再置于定型模具中，蒸发溶剂后，得到导电薄膜；

3）取两块导电薄膜分别粘贴在一块介电薄膜的两个外表面，即得聚苯胺/弹性体拉伸型电容传感器。

聚苯胺含量较低的弹性体复合材料，具有较高的介电常数，是一种优良的介电弹性体。高含量的聚苯胺弹性体复合材料，具有较高的导电率和较好的柔韧性，可以用作柔性电极。

本发明将导电薄膜粘贴在介电薄膜的上下两面，即可制备成拉伸型弹性体电容传感器。当该传感器受到拉伸产生形变时，电容值发生规律性变化，输出信号。该传感器具有结构简单，易于加工，灵敏度高，伸长率高，具有导电弹性体与介电弹性体材料成分相似，电容与拉伸位移的线性关系好等优点，在机械、电子、智能设备、医疗器械等各种先进科技产业领域具有广阔的市场应用价值。

本发明在制备介电薄膜时也可加入少量油溶性聚苯胺，即，所述步骤1）中，加入油溶性聚苯胺溶液，所述油溶性聚苯胺中折百聚苯胺为弹性体质量的0～0.1倍。采用该比例制成的介电薄膜，可以增强传感器的输出信号及灵敏度。

进一步地，本发明步骤2）中油溶性聚苯胺中折百聚苯胺为弹性体质量的0.11～2倍。采用以上混合比，使导电薄膜中的聚苯胺达到一个较高含量，其目的是提高其导电率，提高传感器的灵敏度。

所述油溶性聚苯胺为以苯磺酸、异丙苯磺酸、甲基苯磺酸、十二烷基苯磺酸、二甲苯磺酸、樟脑磺酸、二丁基萘磺酸、硬脂酸或软脂酸的一种为掺杂材料改性的聚苯胺。经这些有机质子酸改性后的聚苯胺采用这些有机质子酸对聚苯胺进行改性，可以提高聚苯胺在有机溶剂中的溶解度，有利于聚苯胺在弹性体中均匀分布，制备的传感器电容输出信号稳定。