[发明专利]高灵敏度网状石墨烯/弹性体应变传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高灵敏度网状石墨烯/弹性体应变传感器及其制备方法。所述方法首先超声制备氧化石墨烯分散液，再以脱脂棉绷带作为模板，利用真空抽提工艺，将氧化石墨烯紧密包覆在脱脂棉纤维上，并利用梯度变温技术，制备网状石墨烯，最后将网状石墨烯与弹性体乳液复配固化获得高灵敏度网状石墨烯/弹性体应变传感器。本发明的网状石墨烯/弹性体应变传感器，其制备方法条件温和，成本低廉，可重复性高，应变传感器具有优良形变能力，并且灵敏度高，能感应微小应变，用于可穿戴电子设备。

技术领域

本发明属于应变传感器制备的技术领域，涉及一种高灵敏度网状石墨烯/弹性体应变传感器及其制备方法。

背景技术

应变传感器是一种基于测量物体受力变形所产生的应变的功能型器件，相比传统的基于金属和半导体材料应变传感器，柔性应变传感器克服了材料坚硬的缺点，具有超薄、超轻、柔韧、拉伸性、灵敏性和可穿戴性等特点，同时表现出较好的生物相容性和连续检测的优势。

石墨烯，是由碳原子以sp²杂化轨道组成六角形呈蜂巢晶格的二维单层片状结构，具有超高表面积、优越的机械柔性、透光率高、载流子迁移率高、良好的化学稳定性，在纳米电子器件领域具有潜在的应用价值和广阔的应用前景，特别是在应变传感领域，能够赋予柔性应变传感器的优异的特性。在拉伸过程中，石墨烯结构发生变形，并且在结构变形过程中其电阻的变化和应变存在相应的线性关系，决定了石墨烯可应用在应变传感领域。目前传感器上应用的石墨烯主要是用CVD法制备的，该类石墨烯基传感器具有较高的敏感度，但CVD法的制备工艺复杂、成本高、生产周期长，很难实现后续传感器的大规模应用。另外在实际应用过程中该石墨烯基应变传感器与待检测物接触界面容易分离，难以满足实际的应用需求。另一类传感器是利用石墨烯与高分子物质进行直接共混，从而制备石墨烯基应变传感器。但是由于高分子物质熔点高，粘度大，石墨烯与高分子物质共混过程较为困难，成本高，得到的传感器灵敏度低，而且没能有很好的手段进行规模化放大(Jeong,Y.R.,etal.Highly Stretchable and Sensitive Strain Sensors Using FragmentizedGraphene Foam.Adv.Funct.Mater.2015,25,4228-4236；Qin,Y.,et al.Lightweight,Superelastic,and Mechanically Flexible Graphene/Polyimide Nanocomposite Foamfor Strain Sensor Application.ACS Nano 2015,9,8933-8941；Yao,H.B.,etal.Flexible and Highly Pressure-Sensitive Graphene-Polyurethane Sponge Basedon Fractured Microstructure Design.Adv.Mater.2013,25,6692-6698.)。不仅如此，目前的柔性传感性无法兼顾微弱振动及大形变的传感响应，有的受到敏感材料的限制，所用结构易破坏，形变范围较小，仅能检测微小形变或者振动；有的能探测大应变的传感器，但是在测试微弱应变时灵敏系数较低，难以实现精确检测。

因此，有必要利用简单的生产技术，制备一种具有高灵敏性的柔性应变传感器，以同时实现对微弱振动及大形变的精确监控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优良形变能力和较高电阻应变灵敏系数的高灵敏度网状石墨烯/弹性体应变传感器及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

高灵敏度网状石墨烯/弹性体应变传感器的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，制备氧化石墨烯分散液：将氧化石墨烯超声分散在水中，超声频率为40～100kHz，得到单片分散的氧化石墨烯分散液；