[发明专利]一种碳纳米管聚二甲基硅氧烷复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种碳纳米管聚二甲基硅氧烷复合材料及其制备方法和应用，原料为多壁碳纳米管(MWCNTs)和PDMS，复合材料中多壁碳纳米管的质量分数为8‑10％。多壁碳纳米管的质量分数为8wt％时具有最大的伸长率和线性压阻范围。适用于运动检测设备中进行应用。不仅具有较好的灵敏度而且具有较好的拉伸强度，能够适应运动检测过程中的拉伸形变。

技术领域

本发明属于电子复合材料技术领域，具体涉及一种碳纳米管聚二甲基硅氧烷复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着5G物联网时代的到来以及人们对身体健康越来越重视，便携、可穿戴、能实时健康、运动检测的设备日益受到大家的关注。它们以柔性皮肤、便携手环、可穿戴电极等形式存在。这些设备需要检测不同部位的身体活动，从小应变范围(5％应变)的手指运动，到大应变范围(≥40％应变)的膝盖和肘部运动；需要检测从轻柔的人体触摸(10kpa)到操作重物(100kpa)的不同应力，因此要求传感器具有高灵敏度、线性度、宽应力应变检测范围、多种身体信号同时检测等新特性。而常见的金属或半导体传感器灵敏度较低且拉伸性差(5％应变)因而受到应用限制。CNT-PDMS复合材料由于其优异的机械电学特性、生物相容性、低成本等优点，在医疗诊断、健康检测、运动检测等方面受到了广泛的关注。各种类型的传感器中，如压阻式、电容式、和压电式传感器中都能看到CNT-PDMS的身影。

CNT-PDMS复合材料的压阻式应力传感器利用了其电阻阻值随着应变而发生成比例改变的原理，已经有研究发现CNT-PDMS复合材料中CNT含量不同会影响复合材料的机械性能和电阻率，进而影响传感器的压阻性能。此类传感器研究最广泛，可以通过光刻、铸造成型、丝网印刷、微接触印刷(转印)、喷涂、真空抽滤(vacuum filtration)等工艺方法制作出不同形状、不同厚度的传感器，以满足不同的应用场景。压电式传感器通常一个电极由CNT-PDMS复合材料制成，另一个电极由金属或其他材料制成，受到压力时能产生电压，以实现不同的功率输出。但是现有的CNT-PDMS复合材料作为电子器件的传感器灵敏度和拉伸强度较低，不能很好的用于人体局部运动弧度测试的应变传感器。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种碳纳米管聚二甲基硅氧烷复合材料及其制备方法和应用。CNT与PDMS的配比会直接影响复合材料的机械和电学特性，进而影响传感器的性能。也会影响复合材料的粘性等物理特性，使之适用的加工工艺不同。在我们之前的研究中也发现不同CNT质量分数的CNT-PDMS复合材料性能差异很大，结合前人的研究成果，通常来说，复合材料在接近渗流阈值时，电阻率随之变化最大，传感器的灵敏度也最大，但是响应的非线性和高电阻引起的噪声也最大。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种碳纳米管聚二甲基硅氧烷复合材料(CNT-PDMS)，原料为多壁碳纳米管(MWCNTs)和PDMS，复合材料中多壁碳纳米管的质量分数为8-10％。

优选的，多壁碳纳米管的质量分数为8％。

本发明的碳纳米管聚二甲基硅氧烷复合材料相比于现有的CNT-PDMS复合材料具有更好的灵敏度和拉伸强度，适宜于运动的检测。提高了检测的线性范围。

随着MWCNTs质量分数的增加，导电性增加。电容式传感器利用低于3wt％的CNT-PDMS复合材料。MWCNTs质量分数8wt％-10wt％电导率导电性较高

MWCNTs质量分数的范围不同流动性和粘性不同，8wt％-10wt％没有流动性适于作为固体传感器。

MWCNTs质量分数8wt％的复合材料拉伸强度较大，而且伸长率较高。所以MWCNTs质量分数8wt％的复合材料能够在检测应变较大的运动具有更大的优势。