[发明专利]一种锯齿状柔性导电复合薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种锯齿状柔性导电复合薄膜及其制备方法和应用。锯齿状柔性导电复合薄膜的制备方法包括：采用锯齿夹具对平面金属网进行夹紧处理，得到锯齿状金属网；利用化学气相沉积法在锯齿状金属网的表面生长石墨烯薄膜，得到锯齿状金属‑石墨烯网；在锯齿状金属‑石墨烯网的石墨烯薄膜表面涂覆弹性高分子前驱体溶液，固化后得到锯齿状金属‑石墨烯网‑弹性高分子导电复合薄膜；去除锯齿状金属网，得到锯齿状柔性导电复合薄膜。本发明制备得到的锯齿状柔性导电复合薄膜，为锯齿状石墨烯网‑弹性高分子导电复合薄膜，外观呈现明显的锯齿状结构；可响应20％以下的单轴应变以及100KPa以上的垂直压力，表现出良好的拉伸和按压传感功能。

技术领域

本发明属于柔性导电薄膜技术领域，具体涉及一种锯齿状柔性导电复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

柔性导电薄膜组成的传感器能够将自身的形变高效地转化为电信号，因此它在人类医疗保健、可穿戴电子器件、电子皮肤等领域扮演着至关重要的角色，并由于其原理和结构简单、成本低廉，得到了广泛的关注。柔性导电复合薄膜通常由弹性高分子基体与内部填充的导电填料所组成，是较常用的应变式传感器材料。

但是传统的柔性导电复合薄膜存在两个缺陷，限制了其在人体健康监测领域进一步的应用。其一，溶液混合工艺使得导电填料在基体内部分布不均匀，复合薄膜的初始电导率较低；其二，导电复合薄膜厚度较小，内部的导电网络往往呈二维排布，对垂直压力的响应灵敏度不高，导致传统的柔性导电复合薄膜无法附着在鞋底进行行走监测。因此，继续探索新的制备工艺及材料结构，使得导电复合薄膜在保持原有拉伸应变响应的基础上，具备垂直压力响应的能力，进一步拓宽此材料的应用范围，是人体健康监测材料领域发展的重要方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锯齿状柔性导电复合薄膜及其制备方法和应用，以解决传统柔性导电复合薄膜存在的缺陷问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锯齿状柔性导电复合薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一，采用锯齿夹具对平面金属网进行夹紧处理，得到锯齿状金属网；

步骤二，利用化学气相沉积法在锯齿状金属网的表面生长石墨烯薄膜，得到锯齿状金属-石墨烯网；

步骤三，在所述锯齿状金属-石墨烯网的石墨烯薄膜表面涂覆弹性高分子前驱体溶液，固化后，得到锯齿状金属-石墨烯网-弹性高分子导电复合薄膜；

步骤四，去除所述锯齿状金属-石墨烯网-弹性高分子导电复合薄膜中的锯齿状金属网，得到所述锯齿状柔性导电复合薄膜。

可选地，步骤一中，所述金属网为镍网，所述镍网的筛网孔径为50-100目。

可选地，步骤一中，锯齿夹具的齿形为正三角形，齿间距为0.8-1.2mm。

可选地，步骤二具体为：将锯齿状金属网放置于管式加热炉中，持续通入氩气和氢气的混合气体，加热，并通入碳源气体，在锯齿状金属网的表面生长石墨烯薄膜，之后降温至室温，取出后得到锯齿状金属-石墨烯网；

步骤二中，碳源气体为甲烷气体，甲烷气体的流速为21-25sccm，甲烷气体在总气体中的体积分数为3-3.5％。

可选地，步骤二中，石墨烯薄膜的生长温度为1000-1100℃，生长时间为20-30min。

可选地，步骤三中，所述弹性高分子前驱体溶液为硅橡胶、橡胶、聚氨酯、聚乙烯中的一种材料或几种材料组成的溶液。

可选地，步骤三中，弹性高分子前驱体溶液的浓度是0.1-0.2g/mL；步骤三中，固化温度为70-80℃，固化时间为100-120min。

可选地，步骤四具体为：