[发明专利]铜@聚吡咯纳米线及其制备方法和压阻材料及其应用

说明书

本发明涉及工程材料技术领域，公开了一种铜@聚吡咯纳米线及其制备方法，以及由该铜@聚吡咯纳米线制备得到的压阻材料及其应用。本发明的铜@聚吡咯纳米线包括作为内核的铜纳米线和包裹在该铜纳米线上的作为壳层的聚吡咯层。通过使用本发明提供的铜@聚吡咯纳米线制备得到的压阻材料不仅具有高弹性和耐疲劳性，并且还具有高灵敏性和可靠性。

技术领域

本发明涉及工程材料技术领域，具体涉及一种铜@聚吡咯纳米线及其制备方法，以及由该铜@聚吡咯纳米线制备得到的压阻材料及其应用。

背景技术

触觉是生物体感知客观世界的重要知觉形式，也是直接获取环境信息的重要媒介，在物理特征与状态的辨识上具有独特的优势。随着虚拟环境下“人机交互”智能感知、操控等技术的发展，力敏传感器作为触觉信息的采集、转换、传输和处理的功能器件，已经成为工业设计、医疗康复以及安全监测等领域不可缺少的技术工具。力敏传感器根据信号转换原理的不同，可以分为压阻式、电容式、压电式等多种类型。其中，通过改变材料导电通路影响电阻值方式感知施力的压阻传感器，凭借其结构简单、灵敏度高和低功耗等优势，在实际应用中具有更广阔的发展空间。但由于传统金属、半导体压阻材料的固有特性，该类传感器普遍存在着机械柔韧性差和温度漂移等问题，无法贴敷于复杂曲面实现准确的信息感知。通过基于微机电系统(MEMS)工艺的组合式柔性传感阵列结构设计(结构引入柔性)虽然可以一定程度上提高敏感元件整体的抗弯折拉伸性能，却难以减免物理沉积、激光刻蚀等高能耗制造过程，同时还要辅以模拟电路进行温度补偿，导致传感器成本大幅增加，严重限制其扩展性；通过低模量聚合物弹性体包埋(材料引入柔性)形成的压阻复合材料具有良好的柔顺性和较高的性价比，但又带来了灵敏度和信噪比下降等问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的压阻复合材料可压缩性、回弹性和抗疲劳性不足，以及缺乏适于大规模稳定生产手段等问题，提供一种铜@聚吡咯纳米线及其制备方法，以及由该铜@聚吡咯纳米线制备得到的压阻材料及其应用。通过使用本发明提供的铜@聚吡咯纳米线制备得到的压阻材料不仅具有高弹性和耐疲劳性，并且还具有高灵敏性和可靠性。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种铜@聚吡咯纳米线，其中，该铜@聚吡咯纳米线包括作为核层的铜纳米线和包裹在该铜纳米线上的作为壳层的聚吡咯层。

本发明第二方面提供一种铜@聚吡咯纳米线的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)制备铜纳米线的步骤；

2)在步骤1)得到的铜纳米线上形成聚吡咯层的步骤。

本发明第三方面提供一种压阻材料，该压阻材料通过采用定向冷冻冰模板法将本发明的铜@聚吡咯纳米线水分散液进行取向冷冻后再进行冷冻干燥而得到。

本发明第三方面提供本发明的压阻材料在制备压阻传感器中的应用。

通过上述的技术方案，本发明提供了一种铜@聚吡咯纳米线及其制备方法，以及由该铜@聚吡咯纳米线制备得到的压阻材料及其应用。通过使用本发明的铜@聚吡咯纳米线的水分散液并采用定向冷冻冰模板法制备得到的本发明的压阻材料不仅具有高弹性和耐疲劳性，还具有高灵敏性和可靠性，可有效解决基于传统无机压阻材料脆性大、高模量等问题，弥补压阻传感器件易弯曲、可拉伸需求的适应性不足；也可克服传统有机压阻材料灵敏性、可靠性不佳等缺陷。同时，妥善调和了复合材料的导电性随导电填料增加而提升与机械稳健性随填料增加而降低这一对矛盾。

附图说明

图1为实施例1的铜纳米线的透射电子显微镜(TEM)选区电子衍射；

图2为实施例1的铜@聚吡咯纳米线的透射电子显微镜(TEM)表征图；

图3为实施例1得到的压阻材料在不同放大倍数下的电子显微镜(SEM)照片；

图4为实施例1得到的压阻材料50次循环压缩性能测试曲线图；