[发明专利]一种大尺寸柔性压力传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种大尺寸柔性压力传感器的制备方法。先制备碱尿溶液溶解纤维素，再将其加入石墨烯中，碱尿溶液在零下环境中形成的氢氧化钠‑尿素水合物可以很容易地插入石墨烯的层间区域，并附着在宿主层上，从而破坏原有的氢键网络，形成新的氢键网络，实现石墨烯的层层剥离，得到分散均匀石墨烯‑纤维素溶液，随后将石墨烯‑纤维素墨水喷涂在柔性基材上得到大尺寸柔性压力传感器。本发明的传感系统中分散好的石墨烯‑纤维素均匀致密地包裹在支撑材料的表面，能够充分发挥石墨烯的导电性，同时还额外赋予传感器优异的抗菌性能、耐热水性和抗静电性能，将该多功能传感器贴附在人体的不同部位，利用石墨烯的电学变化在线监测和区分人的运动。

技术领域

本发明属于可穿戴传感器领域，尤其涉及一种大尺寸柔性压力传感器的制备方法。

背景技术

随着社会的发展和科技的进步，信息技术在生产和生活中越来越重要。如何快速精准地获取有效信息是信息技术的核心。传感技术，主要用于信息的检测和采集，是信息链的首要环节，因此传感器的研究对于人类的生存和发展具有重要意义。柔性压力传感器特别是在人体生理信息监测和检测方面作为一种新型可穿戴产品其研究热度不断提升，应用领域也越来越广泛。

石墨烯是仅有一层原子厚度(0.334nm)的二维蜂巢状晶体，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成蜂窝状晶格结构的一种新材料，是迄今为止世界上最薄、最强韧的材料。石墨烯具有超高电流密度、超高载流子迁移率、化学惰性、极高的导热率、优异的透光率、超疏水性、超高的机械强度等诸多优异性能，使其广泛应用在传感器、锂电子电池、太阳能电池、燃料电池、光电等领域。

纤维素是大分子多糖，由葡萄糖组成，表面含有许多羟基，是植物细胞壁的主要成分。棉花的纤维素是天然的最纯纤维素来源，含量高达90％。纤维素不仅来源广泛、成本低、质轻、可再生和生物降解，同时还拥有较大的比表面积和超强的吸附能力。

现有技术中，基于石墨烯的压力传感器的相关产品比较多，比如专利CN201710999813.X中介绍了一种电阻式压力传感器及制备方法，通过化学气相沉积法在聚二甲基硅氧烷薄膜/石墨烯薄膜/高分子聚合物纤维网络/高分子聚合物纤维网络/石墨烯薄膜/聚二甲基硅氧烷薄膜结构生长的石墨烯。但通过化学气相沉积法将石墨烯生长在化合物薄膜上，只是简单的在化合物薄膜上覆盖一层石墨烯，问题在于，一方面生长在薄膜上的石墨烯容易脱落，导致传感器性能不稳定。另一方面采用化学气相沉积法制备工艺复杂、成本高且不能实现大规模生产。此外，该发明使用合成聚合物做传感器的基底导致该传感器不透气，不吸湿，可穿戴性弱，灵敏度低且会对环境造成二次污染。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种大尺寸柔性压力传感器的制备方法，该方法具有加工方法简单高效，工艺流程短且不会对环境造成二次污染的优点。

本发明的技术方案如下，具体制备方法包括以下步骤：

(1)石墨烯墨水的制备：将0.05～0.5g石墨烯加入100ml纤维素溶液中，搅拌30～60min后，-12～-15℃进行低温剥离获得石墨烯墨水。

(2)柔性基材的处理：将柔性基材置于蒸馏水或NaOH溶液中在80～90℃下处理1～2h，用去离子水水洗至中性得到处理后的柔性基材。

用去离子水洗的目的在于将碱尿洗去，调节柔性基材表面的pH，避免柔性基材受腐蚀。

(3)大尺寸柔性压力传感器的制备：将步骤(1)制备得到的石墨烯墨水涂膜或喷枪喷涂至步骤(2)处理后的柔性基材上，40～50℃烘干后水洗至中性，再次烘干即得大尺寸柔性压力传感器。

所述纤维素溶液为由纤维素与碱尿溶液混合配制得到的纤维素碱尿溶液，其中纤维素与碱尿溶液的配比为2～5：95～98。

碱尿在溶解纤维素的同时对石墨烯进行剥离；纤维素溶液作为分散剂和稳定剂使石墨烯保持分散状态。