[发明专利]三维石墨烯泡沫柔性应变传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维石墨烯泡沫柔性应变传感器及其制备方法。三维石墨烯泡沫柔性应变传感器，包括三维石墨烯泡沫，三维石墨烯泡沫的两端涂覆有导电胶体，导电胶体上表面中心处设有电极，三维石墨烯泡沫和导电胶体的外围设置有固化后的高分子聚合物。三维石墨烯泡沫柔性应变传感器的制备方法将石墨烯附着在聚合物模板上，渗入高分子聚合材料后制备出基于聚合物模板的三维石墨烯泡沫柔性应变传感器。本发明的传感器具有大应变能力、高灵敏度、柔性、低成本、制备方法简单、良好的重复性与一致性的优点。

技术领域

本发明属于柔性电子技术领域，特别是涉及一种三维石墨烯泡沫柔性应变传感器及其制备方法。

背景技术

应变传感器是一种将机械形变转换成电信号的电子器件。应变传感器在人类运动检测、健康诊断、智能服装和电子皮肤等领域有着广泛的应用前景。通常，传统的应变传感器是基于金属薄片或是半导体，可拉伸性较差，小于5%，这一缺点限制了传统应变传感器的应用范围。柔性应变传感器具有较大的延展性、良好的导电性、良好的重复性和耐久性，克服了传统应变传感器可拉伸性较差的缺点，可以满足上述等领域对较大应变测量迫切的需求。其中，石墨烯由于其较高的电导率、出色的柔性和较高的杨氏模量，成为近年来柔性应变传感器领域的研究热点。

目前已有许多基于石墨烯的柔性应变传感器相关的研究。申请号：201710086475.0，发明名称：一种激光制备不同石墨烯图案应变传感器的方法，公开日为2017年7月7日，公开了该传感器是通过湿式转移法将化学气相沉积法（CVD）制备的石墨烯转移到柔性衬底（PDMS）制备而来。该方法制备的柔性应变传感器可以测量10%的应变。但由于CVD法制备石墨烯薄膜在较大拉伸下会出现断裂，该方法无法实现大应变的测量（30%）。

申请号：201611046781.3，发明名称：基于三维石墨烯/碳纳米管网络柔性多功能应变传感器的制备方法，公开日为2017年5月31日，公开了制备的传感器可以实现大应变与高灵敏的应变测量，由于其石墨烯泡沫是通过CVD法制备，该方法存在制作成本高，制作方法复杂等问题，且残留的金属泡沫模板会限制传感器的可拉伸性，传感器结构易出现破损。

申请号：201621089507.X，发明名称：石墨烯分布式多物理量传感器阵列系统，公开日为2017年7月18日，公开了通过将石墨烯与聚合物相混合，制作出一种基于石墨烯聚合物的柔性应变传感器，该传感器具有较好的可拉伸性，制作成本较低，但由于石墨烯强π-π键的相互作用，石墨烯在与聚合物混合的过程中会产生团聚现象，这会降低传感器的灵敏度、可拉伸性、重复性与一致性，增加传感器的制作成本。

申请号：201610835213.5，发明名称：三维石墨烯应变传感器的制备方法，公开日为2017年2月22日，公开了通过冷冻干燥法制备出基于三维石墨烯泡沫的应变传感器，具有灵敏度高、稳定性高的优点，但其存在三维石墨烯泡沫在制备过程中易破损，且冷冻干燥制作工艺复杂等问题。

综上所述，已报道的基于石墨烯的柔性应变传感器存在如下缺点：（1）基于石墨烯薄膜的应变传感器无法实现大应变的测量的问题；（2）CVD法制备的石墨烯泡沫存在成本高，制备工艺复杂，金属模板易断裂等问题；（3）石墨烯的团聚现象限制了基于石墨烯与高分子聚合物混合传感器的灵敏度、可拉伸性、重复性与一致性，增加传感器的制作成本；（4）基于冷冻干燥法制备的传感器存在石墨烯泡沫易破损，制作工艺复杂等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维石墨烯泡沫柔性应变传感器，解决了现有技术中传感器无法实现大应变的测量的问题。

本发明另一目的在于提供一种三维石墨烯泡沫柔性应变传感器的制备方法，解决了现有技术中CVD法制备的石墨烯泡沫存在成本高，制备工艺复杂，金属模板易断裂；基于冷冻干燥法制备的传感器存在石墨烯泡沫易破损，制作工艺复杂的问题。