[发明专利]一种水性力敏碳浆及其制备方法和应用

说明书

本发明属于传感材料技术领域，具体公开了一种水性力敏碳浆及其制备方法和应用。所述水性力敏碳浆的制备方法包括以下步骤：S1.导电碳材料预分散液制备：在30‑60份去离子水中加入10‑40份水性分散剂，搅拌均匀，再加入1‑5份消泡剂，搅拌均匀后加入20‑50份导电碳粉体材料，预搅拌5‑10min；S2.研磨分散导电碳材料：将导电碳材料预分散液进行研磨分散，直到碳粉体材料粒度达到纳米级后将分散液取出；S3.导电碳浆制备：取20‑50份分散液与50‑80份水性树脂混合，搅拌混匀，得到导电碳浆。该制备方法避免了有机溶剂的使用，绿色环保，且工艺简单，制造成本低；制得的水性力敏碳浆灵敏度高，传感性能好。

技术领域

本发明涉及传感材料技术领域，具体涉及一种水性力敏碳浆及其制备方法和应用。

背景技术

柔性传感器具有良好的柔韧性和可延展性，可以弯曲甚至折叠，极大地拓宽了传统硬质传感器的应用场景。柔性传感器发展至今，已经在智能可穿戴产品、人体关键生理信号监测、运动监测、智能家居、智能服饰、汽车工业、印刷工业、软体机器人、人机互动等领域发挥特有的功能。随着在线监测和人工智能的发展，柔性传感器将会有更广阔的市场前景。

目前市售的柔性压力传感器按照传感器原理分为：电容型、电阻型、压电型和离电型传感器，其中电阻型传感器由于其传感器原理简单、组装方便、抗干扰性强等特点，成为占据大部分市场份额的产品。产品形式多是电阻式薄膜压力传感器，其制备过程如下：将传感材料通过丝网印刷或喷涂等技术涂布到柔性基材聚对苯二甲酸二乙酯(PET)或聚酰亚胺(PI)薄膜上，固化干燥后得到传感层，在传感层上面覆盖印有预设导电线路的柔性基材，传感层和导电线路外缘采用胶粘剂粘结固定，得到柔性传感器器件。

电阻式薄膜压力传感器在外力作用下，改变了传感材料内部导电材料的分布和接触状态，从而使传感器电阻发生有规律的变化，完成传感过程。由此可知，传感材料是决定传感器性能的关键部分，而目前高灵敏度的传感材料大部分仍然依赖进口，成本高，而且多为溶剂型力敏油墨，存在有机溶剂，不论是在制造过程还是后续应用中，都易造成污染。因此，如何自主研发出环保且灵敏度高的传感材料，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种水性力敏碳浆的制备方法，制造过程避免了有机溶剂的使用，绿色环保，且工艺简单，制造成本低。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种水性力敏碳浆的制备方法，包括以下步骤：

S1.导电碳材料预分散液制备：在30-60份去离子水中加入10-40份水性分散剂，搅拌均匀，再加入1-5份消泡剂，搅拌均匀后加入20-50份导电碳粉体材料，预搅拌5-10min，使导电碳粉体材料充分浸润且分散于该体系中；

S2.研磨分散导电碳材料：将导电碳材料预分散液进行研磨分散(可以采用砂磨机、高速剪切机、球磨机等)，直到碳粉体材料粒度达到纳米级后将分散液取出；S3.导电碳浆制备：取20-50份分散液与50-80份水性树脂混合，搅拌混匀，得到导电碳浆，即为所述水性力敏碳浆。注：制备方法中原料的用量均为质量份。

优选的，步骤S1中，所述导电碳粉体材料为导电炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或者多种。

优选的，所述水性分散剂为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性型润湿分散剂中的一种或者多种，所述消泡剂为聚醚型、有机硅型、聚醚改性有机硅型分散剂中的一种或者多种。

优选的，所述水性树脂为丙烯酸树脂或者聚氨酯。这两种水性树脂与分散液相容性好，混合后体系具有良好的流平性和成固性，在基材上涂敷后成膜效果佳。

优选的，所述分散液与水性树脂的质量比为1：(1-2)。水性树脂过多，导电能力会下降；水性树脂过少，传感性能会下降。