[发明专利]一种高导电拉伸应变响应材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高导电拉伸应变响应材料的制备方法，属于半导体传感器材料技术领域。首先制备碳纳米管/石墨烯杂化材料，然后通过均质机和超声震荡将碳纳米管/石墨烯均匀分散在高分子材料的溶液中，最后可通过溶液浇注成膜或浸涂的方法制备碳纳米管@石墨烯/高分子纳米复合材料，即高导电拉伸应变响应材料。本发明制备的材料具有高导电性，较好的柔性，良好的应变响应性能力。本发明制备方法简单，成本低，适用性强，可用于大规模生产，可在智能皮肤、压敏传感器等行业广泛应用。

技术领域

本发明属于半导体传感器材料技术领域，具体涉及一种高导电拉伸应变响应材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子组成的二维纳米材料，具有大比表面积、高导电性以及良好的机械性能和其它功能特性。碳纳米管作为一维纳米材料，具有高长径比，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多优异的力学、电学和化学性能，具有广泛的应用。

将导电填料分散到不导电的聚合物基体中制得的导电复合材料，在外力作用下内部的导电通路会发生重构，具有一定的力敏性质。由于其具有良好的柔顺性和加工性，而且性能容易调控，聚合物导电复合材料经常被用作柔性力敏传感器的敏感材料，但现有材料的灵敏度和稳定性等指标还有待进一步提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、可控、低成本、适合大规模生产的导电压敏材料的制备方法。

本发明将导电填料分散到不导电的聚合物基体中制得的导电复合材料，在外力、形变作用下内部的导电通路会发生重构，由此得到具有一定的应力应变响应性能的材料。本发明制备的高导电拉伸应变响应材料具有高导电性和柔性，其响应为单峰响应模式，信号稳定；制备的导电复合薄膜能在较大应变作用下，仍具有较好的循环应变往复性。

本发明的一种高导电拉伸应变响应材料的制备方法为：

(1)还原氧化石墨烯的制备

将经过膨化处理的膨胀石墨和硝酸钠按2:1的质量比加入硫酸中，加完后立即转入冰水浴中搅拌0.5h。然后开始加入高锰酸钾，其中，高锰酸钾和石墨的质量比为15:1，在1h内分次加入，每次间隔3min，待到高锰酸钾全部加完后，反应2h；开始升温，待温度升高至35℃，搅拌0.5h，将100ml的去离子水缓慢滴加到三口烧瓶中，加完后继续搅拌0.5h；调节温度升高至98℃，搅拌0.5h，在高温条件下氧化，接着加入400ml预热的去离子水，加完后再加入20ml的双氧水，搅拌15min，当其颜色由棕黑色逐渐变为亮黄色时，反应结束，将产物倒入烧杯中加入去离子水中，静置24h。然后离心洗涤至中性，超声分散，得到氧化石墨烯水分散液，测得浓度6mg/ml，装瓶备用。由所测定的氧化石墨烯的浓度，量取氧化石墨烯水分散液加入三口烧瓶中，设置反应温度为95℃，使用氢氧化钾调节PH＝10，加入水合肼(比例为加入GO质量的20％)，反应3h。最后抽滤洗涤至中性，置换到所需溶剂当中，超声分散，得到还原石墨烯分散液，测定浓度6mg/ml，装瓶备用。

(2)碳纳米管@石墨烯/高分子纳米复合材料制备

将分散好的还原石墨烯分散液与碳纳米管按质量比混合，通过均质机搅拌1h和超声震荡器超声震荡分散3h，到得分散均一的石墨烯碳纳米管杂化材料，向分散均一的杂化材料中加入高分子材料，通过高速乳化和超声震荡分散到有机溶剂中得到混合溶液。然后可通过溶液浇注成膜、静电纺丝或湿法纺丝的方法制备碳纳米管@石墨烯/高分子导电压敏材料。

上述方法制备的高导电拉伸应变响应材料，具有高导电性和压敏性，响应为单峰响应模式，信号稳定；制备的导电复合薄膜能在较大应变作用下，仍具有较好的循环应变往复性。并且具有优异的成膜性、可纺性及可加工性。

其中步骤(1)中得到的石墨烯为单层、双层和多层中的一种或其组合物。

其中步骤(2)中碳纳米管与石墨烯的质量比为6:1-1:1。