[发明专利]一种用于自供能自感知柔性电子器件的多孔纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种柔性材料，具体涉及一种用于自供能自感知柔性电子器件的多孔纳米复合材料及其制备方法和应用，包括如下步骤：称取并球磨CNTs粉末，将球磨后的CNTs粉末与砂糖混合，并向混合粉末中加入去离子水，搅拌均匀得到砂糖‑CNTs混合物；将其置于模具中干燥成型，脱模并冷却至室温得到砂糖‑CNTs模板；向其中加入PDMS聚合物，真空干燥并固化成型得到PDMS‑砂糖‑CNTs模板；对其进行超声，至砂糖全部溶解得到PDMS‑CNTs多孔结构；将其干燥，得到所述的多孔纳米复合材料。本发明用于制备可摩擦发电的压阻传感器，解决了现有技术中柔性传感器件需要外部供电的不足，实现柔性传感器件的自供能自感知。

技术领域

本发明涉及一种柔性材料，具体涉及一种用于自供能自感知柔性电子器件的多孔纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着人工智能和物联网的迅猛发展，工业、医疗和运动监测等领域对传感器设备提出了更高的要求，而且在不同应用领域的要求差异明显。例如，医疗或者运动监测领域主要关注传感器的数据检测准确度和使用便捷性；工业部件传感器则更关注能源转化效率等。传统的传感设备需要频繁的更换电池或充电，不仅影响使用的便捷性，产生的大量报废电池也会对环境造成污染。王中林课题组首次提出了摩擦纳米发电机，其利用摩擦起电效应和静电感应效应的耦合把微小的机械能转换为电能，为解决传感器设备供电问题提供了有效途径。摩擦纳米发电机以结构简单灵活、成本低、重量轻、电荷密度高等诸多优点成为当前微电子器件的主要研究热点之一。

另一方面，人工智能、机器人、工业自动化和医疗保健等研究领域的迅速发展扩大了对柔性压力传感器的需求，掀起了国内外研究热潮。柔性压力传感器可以根据工作原理，分为电容式、电阻式、压电式等多种形式，其中压力电阻式传感器因其结构简单、成本相对较低而应用最为广泛。然而，当前的柔性传感器通常需要外部供能，这造成了成本增加、空间占用、便携性降低等问题，无法满足日益增长的应用需求。

开发柔性电子器件的自供能能力是解决以上问题的有效方式之一，也是柔性电子器件的重要发展方向。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种用于自供能自感知柔性电子器件的多孔纳米复合材料及其制备方法和应用，以解决现有技术中柔性传感器件需要外部供电的不足，实现柔性传感器件的自供能自感知。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明第一方面公开了一种用于自供能自感知柔性电子器件的多孔纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：称取并球磨CNTs粉末，将球磨后的CNTs粉末与砂糖混合，并向混合粉末中加入去离子水，搅拌均匀，得到砂糖-CNTs混合物；

S2：将步骤S1得到的砂糖-CNTs混合物置于模具中干燥成型，脱模并冷却至室温，得到砂糖-CNTs模板；

S3：向步骤S2得到的砂糖-CNTs模板加入PDMS聚合物，真空干燥并固化成型，得到PDMS-砂糖-CNTs模板；

S4：对步骤S3得到的PDMS-砂糖-CNTs模板进行超声，至砂糖全部溶解得到 PDMS-CNTs多孔结构；

S5：将步骤S4得到的PDMS-CNTs多孔结构干燥，得到所述的多孔纳米复合材料。

步骤S1中，CNTs粉末和砂糖的质量比为0.1-0.3:10；混合粉末与水的质量体积比为30g:1mL。碳纳米管的添加量会影响摩擦纳米发电的电输出性能以及压力传感的电阻变化曲线，尤其是对于形成电子隧穿效应影响显著。

优选地，CNTs粉末和砂糖的质量比为0.2:10。

优选地，步骤S1中，所述的CNTs粉末为多壁MWCNT/COOH粉末；所述的砂糖的粒径为300-500目。砂糖的粒径范围会影响最终制备的多孔复合材料的孔隙率进而会影响复合材料的力学性能。