[发明专利]一种基于液晶弹性体的传感器材料及其应用

说明书

本发明公开一种基于液晶弹性体的传感器材料及其应用。所述制备方法利用简单可行的二次交联方式，以四(3‑巯基丙酸)季戊四醇酯、3,6‑二氧杂‑1,8‑辛烷二硫醇、1,4‑双‑[4‑(3‑丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酰氧基]‑2‑甲基苯为基底，与不同比例的碳纤维复合，最终形成掺杂碳纤维的复合液晶弹性体传感材料。利用所制备的碳纤维/液晶弹性体复合薄膜连接线路制作传感器，可用于人手指动作信号收集。此外制备出的基于液晶弹性体的传感器材料的力学性能较传统液晶弹性体有大幅度提升。本发明为设计和制备新型柔性传感器提供了新思路，同时克服以往制备工艺复杂、易腐蚀、力学性能差等问题，有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，尤其涉及一种基于液晶弹性体的传感器材料及其制法和应用。

背景技术

近些年来，柔性传感器由于其高灵敏性、高柔软性等优良特性，被广泛应用于人机交互、软体机器人、医疗等领域。然而目前柔性传感器因为制备工艺复杂、制备成本高、拉伸性差等问题，导致无法大规模生产利用，限制其在现实中的应用。

液晶弹性体(LCE)是一种既具有液晶的取向有序性又具有传统弹性体熵弹性的高分子材料，其最大的特点是在外界刺激下实现可逆形变。LCE的双向形状记忆特性在传感器、人工肌肉、软体机器人等方面有很大的应用空间。但传统的液晶弹性体力学性能差，利用在更广泛环境中受到一定局限。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种基于液晶弹性体的传感器材料及其制法和应用，该材料不仅具有质量轻、响应速度快、灵敏度高，而且在力学性能方面得到大幅度的提升。该种材料用于柔性传感器，可以克服以往工艺复杂、响应效果差、力学性能差等问题，对用于传感器件有很大应用前景。

技术方案：本发明的基于液晶弹性体的传感器材料，其主要原料包括：四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯、3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇、丙烯酸酯单体RM257、碳纤维和二丙胺；其中，四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯结构为：

3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇结构为：

1,4-双-[4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯结构为：

二丙胺结构为：

本发明还公开一种基于液晶弹性体的传感器材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯、3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇、丙烯酸酯单体、碳纤维、二氯甲烷加入菌种瓶中，进行超声破碎；

(2)在(1)中得到的混合溶液中加入二丙胺，之后超声；

(3)将(2)得到的混合溶液倒入聚四氟乙烯槽中，除去气泡，放入烘箱中，热引发预交联成膜；

(4)待成膜后，从槽中取出，将薄膜四边进行部分裁剪；

(5)将(4)裁剪后的薄膜进行拉伸取向，固定后放置，实现二次交联；最终得到形成碳纤维/液晶弹性体复合薄膜；

(6)将碳纤维/液晶弹性体复合薄膜裁剪成合适大小，固定于人手指关节处，连接至微机控制电子万能试验机。

进一步地，步骤(1)中，所述超声破碎的时间在10-15min。

进一步地，步骤(3)中，所述烘箱温度在25-35℃，放入烘箱时长为2-3h。

进一步地，步骤(5)中，所述薄膜拉伸至原长的200％-300％。

进一步地，步骤(5)中，所述拉伸后薄膜固定放置时长不少于10h。