[发明专利]一种用于制备柔性压阻式传感器的多孔导电浆料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种用于制备柔性压阻式传感器的多孔导电浆料及其制备方法和应用。该多孔导电浆料包括导电碳材料、牺牲性模板和高分子聚合物载体，高分子聚合物载体包括高分子聚合物和有机溶剂，高分子聚合物与有机溶剂的质量比为1：2～1：3，以导电碳材料、牺牲性模板和高分子聚合物总质量计，导电碳材料质量百分比为2％～5％，牺牲性模板质量百分比为75％～85％，高分子聚合物质量百分比为10％～23％。本发明利用粒径可调的牺牲性模板制备多孔导电浆料，可极大的增加导电浆料成膜后的纳米孔或微米孔数量。在应力作用下，孔周围的导电颗粒相互接触，有效降低材料的电导率，从而与导电颗粒协同提升柔性压阻式传感器的灵敏度。

技术领域

本发明涉及一种压阻式传感器使用的感应材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种用于制备柔性压阻式传感器的多孔导电浆料及其制备方法和应用。

背景技术

柔性压阻式传感器是可穿戴设备、机器人电子皮肤及植入式器件的关键器件之一。以硅材料为代表的传统半导体器件由于加工工艺复杂、设备投入成本高、环境污染大以及不具备柔性等局限，限制其在上述领域的应用。相较光刻技术,印刷技术可以在柔性基底上制备电子器件，且具有加工工艺简单、设备成本低等优点。如此,基于有机半导体材料和纳米功能材料等的印刷电子在近年得到迅猛发展。

基于压阻效应的传感器件具有灵敏度高、结构简单、信号易读取、受噪声影响小等优点。压阻传感器导电物质之间接触电阻的变化与施加压力的平方根成正比。通常，为了提升压阻传感器的灵敏性,需要采用较高电阻的压阻材料，以高功耗为代价。另一种有效的举措则是在压阻材料中创造更多的微观孔状结构。然而，目前报导的制备微观孔状结构的方法实施难度大，且效果不明显。因此，开发易制备、孔径可控的高电导多孔印刷浆料，并将这种浆料直接印刷在任意电极上，实现柔性甚至可拉伸的压力传感器件，具有重要的应用价值。

在CN103528722中，通过在纺织品表面印刷导电墨的支撑件，构成柔性压力传感器。特征在于，所述支撑件是柔软的、可伸展的和有弹性的，并且在所述支撑件上印刷可伸展和有弹性的导电墨或膏的多条主迹线。该工艺主要是利用导电油墨使织物表面构成压阻压力器件，印刷浆料上并无太多突破，传感器性能上主要受织物材制的限制。在CN101586992中，公开了一种公开了一种具有纳米SiC薄膜的压力传感器的制备方法，并采用丝网印刷、烧结处理制备纳米SiC薄膜。这类薄膜传感器主要是利用了后端电路的设计来提高灵敏度，且受力范围较小，器件不具备拉伸性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于制备柔性压阻式传感器的多孔导电浆料及其制备方法和应用。所述多孔导电浆料包括导电碳材料、牺牲性模板和高分子聚合物载体。本发明利用粒径可调的牺牲性模板制备多孔导电浆料，可极大的增加导电浆料成膜后的纳米孔或微米孔数量。在应力作用下，孔周围的导电颗粒相互接触，有效降低材料的电导率，从而与导电颗粒协同提升柔性压阻式传感器的灵敏度。尺寸可调节的孔径大小有利于调整灵敏度区间，可满足不同实际应用。所述多孔导电浆料可印刷，为低成本、高效率的传感器制备工艺提供了保证。同时，粘度可调节的多孔导电浆料为器件的设计和加工提供多样性选择。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明第一方面提供一种用于制备柔性压阻式传感器的多孔导电浆料，包括导电碳材料、牺牲性模板和高分子聚合物载体，所述高分子聚合物载体包括高分子聚合物和有机溶剂，所述高分子聚合物与所述有机溶剂的质量比为1：2～1：3，如1：2～1：2.2、1：2.2～1：2.4、1：2.4～1：2.5、1：2.5～1：2.7或1：2.7～1：3，以导电碳材料、牺牲性模板和高分子聚合物总质量计，所述导电碳材料的质量百分比为2％～5％，如，2％～3％、3％～4％或4％～5％，所述牺牲性模板的质量百分比为75％～85％，如75％～77％、77％～81％、81％～82％或82％～85％，所述高分子聚合物的质量百分比为10％～23％，如10％～14％、14％～15％、15％～20％、20％～22％或22％～23％。