[发明专利]一种基于纳米线束缚导电液膜的柔性应力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米线束缚导电液膜的柔性应力传感器及其制备方法，所述柔性应力传感器包括表面具有团簇纳米线结构的硅橡胶基底，在团簇纳米线结构中束缚离子液体作为导电液膜；所述团簇纳米线结构中纳米线的长度为300nm‑6μm，直径为30‑400nm。本发明的柔性应力传感器具有以下优点：由于离子液体在拉伸过程中无磨损，具有超高耐疲劳性能：经过22500余次的拉伸比例从0％到100％的反复拉伸实验，传感器仍能保持良好性能；大拉伸范围，最大可以探测200％的形变；极小的最小拉伸探测形变量，最小可以探测0.3％的形变；制备流程简单，成本低。

技术领域

本发明涉及柔性应力传感器制备工艺，具体涉及一种基于纳米线束缚导电液膜的柔性应力传感器及其制备方法。

背景技术

随着人工智能技术的迅猛发展，人类对人机交流的要求日益提高，具有仿人类触觉、嗅觉、听觉、视觉等感知功能的人造柔性电子器件在这场革命中占据了极其重要的位置。由于柔性应力传感器在探测脉搏、心跳等方面的优势使其在医疗健康领域有广泛的应用前景，成为人造柔性电子器件的核心组成。目前，制造拉力传感器的主流方式是在拉伸过程中将传感器的形变转化为电阻值的变化。其中一种方法是在聚合物中填充导电物质，例如Ag纳米线、碳粉和金属颗粒等，从而获得导电弹性体。另外一种方法是在柔性基底上面嵌入或堆叠导电的结构，例如整齐排列的单壁碳纳米管、导电高分子和碳纳米管的复合物和金属膜等，进而得到具有多层结构的拉力传感器。然而此类传感器在使用过程中具有两种明显缺点：耐疲劳性差、电信号不稳定，这已经成为制约此类传感器产业化的巨大问题。研究表明产生这两种缺点原因分别是：固体导电层在不断拉伸、收缩循环过程中，产生裂纹是不可恢复的；固体导电物质在互相摩擦过程中会不断磨损。

发明内容

本发明目的在于：提供一种基于纳米线束缚导电液膜的柔性应力传感器及其制备方法，该传感器具有超高耐疲劳性能，该方法制备过程简单，显著提升柔性应力传感器耐疲劳性。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明通过将离子液体束缚在团簇纳米线结构中，使用液态的离子液体作为导电物质，提高了传感器的耐疲劳性能。

本发明的具体技术方案如下：

一种基于纳米线束缚导电液膜的柔性应力传感器，所述柔性应力传感器包括表面具有团簇纳米线结构的硅橡胶基底，在团簇纳米线结构中束缚离子液体作为导电液膜；所述团簇纳米线结构中纳米线的长度为300nm-6μm，直径为30-400nm。

本发明还提供一种基于纳米线束缚导电液膜的柔性应力传感器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

1)配制液态预聚物混合液：将有机硅低聚物、交联剂和改性剂混合；

2)制备具有团簇纳米线结构的硅橡胶基底：将步骤1)所得液态预聚物混合液滴加到具有纳米孔的模板上，进行聚合交联固化反应，然后将其浸泡在70-90℃的腐蚀液中2-20小时以去除模板；

3)配置离子液体混合溶液：将离子液体溶解在低沸点易挥发有机溶剂(比如乙醇)中；

4)制备均匀导电液膜：在步骤2)得到的硅橡胶基底表面滴加定量体积的步骤3)中配置的离子液体混合溶液；

5)形成基于纳米线束缚导电液膜的柔性应力传感器：将步骤4)中得到的表面滴加离子液体混合溶液的硅橡胶基底室温静置使低沸点易挥发有机溶剂挥发。

优选地，所述有机硅低聚物为聚合度为10-200的端乙烯基的聚二甲基硅氧烷；所述交联剂为端甲基的聚二甲基硅氧烷；所述改性剂为浓度为35～40wt％的乙氧基聚乙烯亚胺水溶液。

优选地，所述有机硅低聚物：交联剂：改性剂的比例为(5-10g):(0.5-1g):(10-40μL)。