[发明专利]双重可逆键室温自愈合硅橡胶压力传感器的制备方法

说明书

本发明属于新材料及传感器技术领域，公开了一种双重可逆键室温自愈合硅橡胶电容式压力传感器的制备方法，以对苯二甲醛、异氟尔酮二异氰酸酯及双(3‑氨基丙基)封端的聚(二甲基硅氧烷)为原料，进行一锅缩聚反应，形成了主链上带有亚胺键并以脲基氢键作为交联点的双重可逆键的聚二甲基硅氧烷交联网络结构的硅橡胶。生成的硅橡胶具有良好的透明性，高度的拉伸性以及室温下的快速自愈性能。将硅橡胶与碳纳米管薄膜结合，制作成两端导电层为碳纳米管薄膜中间介电层为自愈合硅橡胶的“三明治”结构的电容式压力传感器。本发明的制备方法简单，原料来源广泛，具有良好的电化学和机械性能，在柔性可穿戴材料领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于新材料及传感器技术领域，具体涉及一种双重可逆键室温自愈合硅橡胶压力传感器的制备方法。

背景技术

聚硅氧烷基弹性体由于其独特的结构和Si-O-Si键的特性而具有优异的性质。然而存在不可逆的共价交联网络，传统的聚硅氧烷弹性体不能修复损伤也不可再循环使用。为了使聚硅氧烷材料在恶劣环境下长期使用以及在受到损伤或断裂时能进行自我修复，大量研究投入到了自愈合聚硅氧烷弹性体的开发上来。大多数的自愈材料通过向聚合物主链之间引入可逆的动态键如：氢键、金属配位键，可逆共价键等方式来实现自我愈合，但综合性质还是不能让人满意，这极大的束缚了硅橡胶的发展。

近年来，随着物联网、人工智能和人机交换等技术的发展，柔性可穿戴产品受到越来越多的关注和认可。柔性压电式传感器因其传感机理简单、灵敏度高和能耗低等特点逐步成为可穿戴电子产品研究的热点。相比于传统柔性材料，硅橡胶具有高可拉伸性、环境稳定性优异、生物相容性好等优点，逐渐被应用于能源存储、柔性驱动器和可拉伸传感器等领域。因此通过简单便捷的方法制备机械强度高，室温可自愈合的硅橡胶材料具有重大的研究意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高度拉伸性能，室温下短自愈合时间，高自愈合效率的硅橡胶，并将其用于制作出电容式压力传感器。

本发明的设计思路是：将亚胺键和脲基基团同时引入到硅橡胶主链中，以脲基基团之间相互作用形成的氢键作为交联点，形成以氢键和亚胺键为可逆键的交联网络结构。硅橡胶中分子之间作用力强度较弱的氢键作为牺牲键可提高机械性机能而亚胺键可增强自愈合性能。同时，将碳纳米管薄膜与自愈合硅橡胶结合形成的“三明治结构”的电容式压力传感器，具有大的测量范围和较高的灵敏度。

本发明的技术方案为：首先以氯苯为溶剂，使对苯二甲醛与双(3-氨基丙基)封端的聚(二甲基硅氧烷)进行反应，在硅橡胶主链上形成可逆的亚胺键；然后以异佛尔酮二异氰酸酯作为交联剂，与上述物质发生缩聚反应生成具有双重可逆键(氢键和亚胺键)的硅橡胶。最后硅橡胶在拉伸的情况下，在其两表面分别粘贴一块碳纳米管薄膜后收缩至原长度，制成两端导电层为碳纳米管薄膜中间介电层为自愈合硅橡胶薄膜的“三明治”结构的电容式压力传感器。

本发明双重可逆键室温自愈合硅橡胶电容式压力传感器的制备方法如下：

(1)将对苯二甲醛、异佛尔酮二异氰酸酯及双(3-氨基丙基)封端的聚(二甲基硅氧烷)按比例溶于氯苯中得到混合溶液，混合溶液在60℃下持续搅拌反应3小时，反应结束后将混合溶液倒入聚四氟乙烯模具并置于80℃的鼓风干燥箱中干燥2天，得到双重可逆键室温自愈合的硅橡胶；

(2)将两块碳纳米管薄膜拉伸平铺至玻璃板上，利用双重可逆键室温自愈合硅橡胶介电薄膜的表面粘性，使其在拉伸的情况下，将玻璃板上的两块碳纳米管薄膜粘附到它的上下两表面，然后将碳纳米管薄膜从玻璃板上剥离下来，自愈合硅橡胶介电薄膜自然恢复至原长，制成两端导电层为碳纳米管薄膜中间介电层为自愈合硅橡胶薄膜的“三明治”结构的电容式压力传感器。

(3)分别在上下两端夹上导线作为电信号输出，最后用步骤(1)中得到的反应完未固化的硅橡胶混合溶液将传感器的三部分进行封装处理。