[发明专利]一种聚合物泡沫基多级碳纳米复合压敏材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种聚合物泡沫基多级碳纳米复合压敏材料的制备方法，具体包括以下步骤：将氧化石墨烯分散到去离子水中，超声分散得到带负电的石墨烯水分散液；采用γ‑氨丙基三乙氧基硅烷于氮气氛围保护的甲苯溶剂中回流反应对羟基化碳纳米管进行表面氨基硅烷改性，将氨基硅烷改性碳纳米管分散到去离子水中，滴入盐酸溶液调节pH，得到带正电的氨基硅烷改性碳纳米管水分散液；将聚合物开孔泡沫浸入到石墨烯水分散液中反复挤压，饱和后取出于烘箱中烘干，得到聚合物泡沫基石墨烯复合材料；将聚合物泡沫基石墨烯复合材料再浸入氨基硅烷改性碳纳米管水分散液中轻轻反复挤压再烘干；该方法所得的导电复合泡沫材料具有良好的柔性、回弹性和压敏响应。

技术领域

本发明属于聚合物基碳纳米复合材料技术领域，涉及一种聚合物泡沫基多级碳纳米复合压敏材料的制备方法。

背景技术

应力、应变传感器是将敏感体所受到的应力或应变转换成电信号的一类电子器件，可用于感知物体表面作用力和变形大小，在医疗健康、机器人、生物力学等领域有着广泛的应用价值。传统压力传感器通常基于金属、半导体应变片等刚性敏感材料制作而成，工艺复杂、不宜弯曲且柔韧性差。聚合物基导电复合材料兼具轻质、导电、耐化学腐蚀、易加工成型等优异性能，在柔性压力传感器和可穿戴设备领域具有重要的发展前景。

目前聚合物基导电复合材料主要以炭黑、碳纳米管、石墨烯、金属颗粒等为导电相，以弹性体材料(硅橡胶、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯等)和聚合物薄膜(聚偏氟乙烯和聚酰亚胺等)等为基体相复合而成，复合方法主要包括溶液共混法、熔融共混法和原位聚合法等。以一维和二维碳纳米材料构筑具有多级结构的碳纳米材料是提高聚合物基复合材料电导率的有效途径之一。然而，这些方法难以实现导电材料在聚合物基体中的均匀分散和连续分布，成为聚合物基导电复合材料亟需解决的关键技术。此外，所得到的聚合物基导电复合材料存在电阻率低和灵敏度低、稳定性和低压(≈10kPa)可重复性差等缺陷，且难以用于大变形检测，从而限制了其在人工皮肤和可穿戴设备等领域的应用。因此开发简单有效地制备柔性、高灵敏、高回弹的聚合物基导电复合材料仍然是一项挑战性工作。

中国专利(专利号：ZL201310145041.5，专利名称：一种柔性聚合物基石墨烯泡沫材料及其制备方法，公开号：103254656，公开日：2013.08.21)公开了一种柔性聚合物基石墨烯泡沫材料及其制备方法，采用真空脱气的方法将聚合物泡沫浸泡在含有水合肼的氧化石墨烯溶液中，并经60-90℃反应5-15h、脱水、洗涤、干燥制得了柔性聚合物基石墨烯泡沫材料。该专利使用了单一的二维石墨烯碳纳米材料，所得聚合物基石墨烯泡沫材料的电导率为0.001-0.5S/m。

中国专利(申请号：201510694073.X，专利名称：一种新型导电海绵材料制备方法，公开号：105504338，公开日：2016.04.20)，公开了一种新型导电海绵材料制备方法，将氧化还原反应的聚氨酯海绵在以银粉为填料的导电胶中浸泡，经干燥后得到聚氨酯导电海绵。这种方法保留了海绵较好的回弹性，不掉屑且无挥发性溶剂，但是电导率较低且工序复杂。中国专利CN 105217603 A以高分子泡沫(如聚氨酯或密胺海绵)为模板，通过催化剂前躯体的还原、高分子模板的碳化去除和碳纳米管(CNT)的原位生长制得具有空心骨架的高导电碳纳米管泡沫材料。但是这种方法对设备和反应条件的要求较高，工序复杂且成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚合物泡沫基多级碳纳米复合压敏材料的制备方法，该方法所制得的导电复合泡沫材料具有良好的柔性、回弹性和压敏响应，满足在柔性压力传感器和可穿戴设备等领域的应用。

本发明所采用的技术方案是，一种聚合物泡沫基多级碳纳米复合压敏材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，将氧化石墨烯分散到去离子水中，超声分散得到带负电的氧化石墨烯水分散液；