[发明专利]基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器及其制备方法

权利要求书

1.基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器，其特征在于：所述柔性应变传感器包括线型高导电内芯和包覆于所述线型高导电内芯表面的低导电外层；

所述低导电外层由经聚乙烯醇、甲醛和甘油力学改性的PEDOT:PSS制备而成；所述线型高导电内芯由经山梨醇、苹果酸、氯化钠和纳米银粉末电学改性的PEDOT:PSS制备而成；

所述线型高导电内芯具有仿蚯蚓表皮的环节结构；所述环节结构的内圆柱直径为500μm~1mm，环节数为50~200个，各环节宽度为400~800μm，环节突出内圆柱的高度为100~400μm。

2.根据权利要求1所述的基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器，其特征在于：所述低导电外层的电导率不高于10S/cm，所述线型高导电内芯的电导率不低于3000S/cm。

3.根据权利要求1所述的基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器，其特征在于：基于力学改性的PEDOT:PSS的薄膜的断裂伸长率不低于50%，基于电学改性的PEDOT:PSS的薄膜的断裂伸长率不大于2%。

4.根据权利要求1所述的基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器，其特征在于：所述低导电外层呈圆柱状，所述线型高导电内芯包覆于圆柱内。

5.根据权利要求4所述的基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器，其特征在于：所述低导电外层的外径为1~1.5mm。

6.一种权利要求1~5中任意一项所述的基于PEDOT:PSS的柔性应变传感的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、制备低导电外层的混合溶液

称取2~4克聚乙烯醇固体颗粒加入到20~30毫升去离子水中，在室温下浸泡2~5小时，然后在90~110℃条件下以500转/分钟的转速磁力搅拌1.5~2小时使其部分水解，再在120~140℃条件下以250转/分钟的转速磁力搅拌0.5~1小时使其完全水解，得到粘稠的聚乙烯醇水溶液；

将所述聚乙烯醇水溶液2~2.5克、苹果酸1.5~2克、甘油1~2毫升、固含量为1.5%的PEDOT:PSS水溶液1~1.5克和去离子水2~4克混合后，在室温下超声分散2~3小时，然后以250~300转/分钟的转速磁力搅拌30~60分钟使混合溶液无沉淀可见，加入0.05~0.1毫升消泡剂，然后滴入2~6微升甲醛，随后在室温下以250~300转/分钟的转速磁力搅拌20~40分钟使混合溶液出现轻微粘稠状并可拉丝，即得到用于制作低导电外层的混合溶液；

步骤2、制备线型高导电内芯

取10~30毫升固含量为1.5%的PEDOT:PSS水溶液，并加入占所述PEDOT:PSS水溶液质量的5%~10%的山梨醇粉末，在400~600转/分钟的转速搅拌下100~120℃退火1~2小时，再在100~150℃水浴中加热2~4小时，然后加入0.1~0.5克NaCl颗粒、0.5~1克苹果酸和2~4克纳米银粉末，以300~500转/分钟的转速搅拌至体系呈泥浆状，即得到用于制作线型高导电内芯的混合浆料；

采用浇铸工艺结合模具成型的方式，将所述用于制作线型高导电内芯的混合浆料浇注入具有仿蚯蚓表皮环节结构的模具内，且在模具左右两端嵌入导电电极并引出，然后在40~60℃下固化24~36小时，取出，得到具有仿蚯蚓表皮的环节结构的线型高导电内芯；

步骤3、传感器制备

用去离子水对步骤2获得的线型高导电内芯冲洗5~10秒以去除PSS短链，再放入50~80℃烤箱中干燥0.5~1小时，取出后进行氧等离子表面处理0.5~1小时以增加表面亲水性；

在制作低导电外层所用模具的两侧将处理后的线型高导电内芯拉直并悬空定位于模具的中心轴处，将步骤1获得的低导电外层的混合溶液浇铸入模具，包裹住线型高导电内芯，然后将模具放入真空度为100~200Pa的真空泵中静置15~30分钟以除去气泡，再在40~60℃烘箱中放置24~36小时；取出器件并在15~30%应变下反复拉伸10~50次，使线型高导电内芯在环节交界处产生规则裂纹，即获得基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器。