[发明专利]一种以石墨烯为电极材料的柔性压力传感器及其制备方法

说明书

一种以石墨烯为电极材料的柔性压力传感器，其两个外层柔性薄膜层是平均径向尺寸高于5‑10um的石墨烯微片的掺杂PCL电纺膜，两个电极层是含有大径向尺寸的石墨烯微片和极小团聚的纳米银颗粒的导电油墨，介电层是纳米纤维静电纺丝而成。还包括制备该柔性压力传感器的制备方法，以及专用制备装置。

技术领域

本发明涉及石墨烯复合材料技术领域，具体为一种以石墨烯为电极材料的柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子组成的只有一个原子厚度的二维材料，具有十分优异的物理化学性能，如优异的力学性能、高的导电性和良好的导热性能等，被认为是当今最具有潜力的纳米材料之一。作为一种一维碳纳米材料，碳纳米纤维具有良好的力学性能、较大的比表面积和良好的化学稳定性等优点，这些特殊性质使其广泛应用于催化剂载体、高分子纳米复合材料、能量转换与储存器件的柔性基底材料等领域。以石墨烯微片为例，其不但自身具备较好的物性性能、电学性能，而且与其他材料复合可以进一步提升其他材料的性能。

静电纺丝是一种简单而有效制备碳纳米纤维的技术，通过高压静电将聚合物溶液进行纺丝，再进行预氧化和高温碳化可制备得到具有三维多孔结构和高比表面积的静电纺碳纳米纤维膜。本专利采用静电纺丝工艺，将聚丙烯腈溶液进行纺丝，并通过预氧化制备得到聚丙烯腈纳米纤维膜。

柔性压力传感器是现有技术所关注的技术，但是如何将新材料较好地应用于其中，有很大问题。文献CN107478360A中提出了一种柔性压力传感器，但是我们通过试制发现，其机械性能非常的差，尤其是针对一些复杂环境下，可以遇到单点很强压力，侧向压力，这种情况下很容易出现褶皱，断裂，层间空隙等现象，它的第一-第五层之间的附着力，以及抗挠曲的性能都明显不足，这导致其难以付诸实用。

具体地，其柔性薄膜外层用的是：热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)、聚丙烯腈(PAN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺(PA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚乳酸(PLA)和聚醚砜(PES)，这些材料要么是很有弹性，但是弹性很强的材料在受到单点强力时容易产生反向的脱离，常常发生与电极层脱离的状况，对于一些弹性不足的材料，又会将受到的应力全都吸收，在弯折时发生断裂。现有技术还有问题是，电极层是：银纳米线、银纳米颗粒导电油墨涂层或者碳纳米管、石墨烯和氧化铟锡(ITO)形成的涂层，没有在电极层与介电层的附着上注意，结果就是发生挠曲等情况时，电极层和介电层常发生滑移或者产生空隙，没有特别处理的涂层与介电层之间的结合状况很差，使得该技术无法应对复杂的压力情况。

现有技术中，对于如何制备应对挠曲和复杂应力的柔性压力传感器，没有进行研究和分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种良好的复合材料组成的柔性压力传感器，以解决现有的技术的传感器无法应对复杂应力，挠曲状态的缺陷。相对于现有技术，本发明的方案外面两层薄膜既柔韧，抗挠曲性能又好，由于导电油墨中含有大量的石墨烯大尺寸微片，导致其与外层和介电层的结合力都较好，电极层结合能力大大增强，抗挠曲性能高。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种以石墨烯为电极材料的柔性压力传感器，其利用以石墨烯为电极材料的柔性压力传感器的制备方法进行制备，其结构包括：

第一柔性薄膜层；

第二柔性薄膜层，与第一柔性纳米纤维薄膜层相对设置，设置在相对的两外侧；

第一电极层，附着于第一柔性薄膜层内侧；

第二电极层，附着于第二柔性薄膜层内侧；以及

纳米纤维复合薄膜介电层，设置于第一电极层与第二电极层之间；

所述第一柔性薄膜层和第二柔性薄膜层均是分散有平均径向尺寸高于5-10um的石墨烯微片的掺杂PCL电纺膜，所述石墨烯微片占复合材料质量百分比在1-2.5％之间；