[发明专利]一种多孔碳胶囊基/聚二甲基硅氧烷复合柔性膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多孔碳胶囊基/聚二甲基硅氧烷复合柔性膜及其制备方法和应用，该制备方法主要包括将催化剂与碳源气体在高温条件下制得碳包覆催化剂，然后于酸性溶液中反复洗涤得到空心多孔结构的碳胶囊，并将其与辅助造孔剂混合研磨后制得混合粉体，并将混合粉体筛分于聚二甲基硅氧烷湿膜表面，经固化后再浸于水溶液中，最终制得多孔碳胶囊基/聚二甲基硅氧烷复合柔性膜；该柔性膜可被应用于柔性应变传感器中，可实现小范围高灵敏的应变捕捉，在0‑20％的应变条件下最大可达到150.7的灵敏度，在未来的电子皮肤及可穿戴电子设备领域具有潜在应用价值。

技术领域

本发明涉及柔性材料和传感器技术领域，具体涉及到一种多孔碳胶囊基/聚二甲基硅氧烷复合柔性膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着柔性电子技术的不断进步，各种各样的柔性电子器件逐渐进入了人们的生活，并成为了人类生活中不可或缺的一部分，无论是可穿戴电子设备、电子皮肤、假肢，还是人机交互界面，柔性电子器件已经应用于生活中的各个角落。在诸多的柔性电子器件中，柔性传感器逐渐作为柔性电子器件的主要分支逐渐成为了科学家们的研究热点。柔性传感器不仅能依附于各种形状的表面，而且能将外来的物理信号转变为电信号，进一步通过对电信号进行监测分析，从而得到外来物理信号的相关信息。

在诸多种类的柔性传感器中，柔性应变传感器由于其在诸多领域的潜在应用逐渐成为国内外研究团队的研究热点。目前，碳基材料(如石墨烯、碳纳米管等)由于其较好的电学、力学性能，常常被用作组成柔性应变传感器的导电网络，然而为实现导电网络在变形条件下产生更大的电阻变化，需针对导电网络的微观结构进行设计。石墨烯材料在组成导电网络时，在拉伸应变条件下，相邻石墨烯片将发生滑移，从而产生电阻变化；碳纳米管材料组成的导电网络在延展状态下电阻也会变大，但实现高灵敏的应变检测始终是柔性应变传感器的面临的难题。

发明内容

针对上述不足或缺陷，本发明的目的是提供一种多孔碳胶囊基/聚二甲基硅氧烷复合柔性膜及其制备方法和应用，可有效解决现有柔性应变传感器灵敏度低的问题。

为达上述目的，本发明采取如下的技术方案：

本发明提供一种多孔碳胶囊基/聚二甲基硅氧烷复合柔性膜的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：将催化剂置入反应容器内，然后通入碳源气体，于600℃～800℃温度下反应20～50分钟，制得碳包覆催化剂；

步骤2：将步骤1所得的碳包覆催化剂于酸性溶液中洗涤，制得空心多孔结构的碳胶囊；

步骤3：将步骤2所得的碳胶囊与辅助造孔剂分散于去离子水中，剪切搅拌，蒸发，干燥，研磨，制得辅助造孔剂与碳胶囊的混合粉体；

步骤4：将聚二甲基硅氧烷涂敷于玻璃片，固化，制得聚二甲基硅氧烷柔性基底膜；

步骤5：在聚二甲基硅氧烷柔性基底膜上继续涂敷一层聚二甲基硅氧烷湿膜，并将步骤3所得的混合粉体筛分于聚二甲基硅氧烷湿膜表面，固化，制得碳胶囊基/聚二甲基硅氧烷复合柔性膜；

步骤6：将步骤5所得的碳胶囊基/聚二甲基硅氧烷复合柔性膜浸于水溶液中，并将碳胶囊基/聚二甲基硅氧烷复合柔性膜从玻璃片表面剥离，干燥，制得多孔碳胶囊基/聚二甲基硅氧烷复合柔性膜。

进一步地，步骤1中的催化剂为氧化锌。

进一步地，步骤1中的碳源气体为乙炔。

进一步地，步骤1中的温度为650℃，时间为30分钟。

进一步地，步骤2中的酸性溶液并不作具体限定，可为稀硝酸溶液、稀盐酸溶液等。

进一步地，步骤3中辅助造孔剂与碳胶囊的质量比为10～40:1，优选为10:1。

进一步地，步骤3中的辅助造孔剂为氯化钠。