本發(fā)明涉及智能高分子領(lǐng)域,更具體地,涉及一種自修復(fù)石墨烯基壓力傳感器及其制備方法。
背景技術(shù):
近年來,隨著可穿戴電子的飛速發(fā)展,柔性電子器件在醫(yī)療器械、能源、信息、工業(yè)等領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。其中,柔性壓力傳感器是將外界的力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕囊环N電子器件,得到了廣泛應(yīng)用。然而,傳統(tǒng)的柔性壓力傳感器受到外界破壞、自身疲勞、老化后,壓力傳感器喪失了其基本傳感功能,嚴(yán)重降低設(shè)備的使用壽命及穩(wěn)定性。因此,開發(fā)出一種具有自修復(fù)功能的柔性壓力傳感器具有重要的意義。
為了得到自修復(fù)柔性壓力傳感器,國內(nèi)外研究者在傳感單元進(jìn)行了大量研究。例如,廈門大學(xué)翁文桂、夏海平課題組設(shè)計了兩種帶有氨基甲酸酯的單體并進(jìn)行自由基共聚得到一種自修復(fù)的超分子化合物。然后將超導(dǎo)電炭黑與自修復(fù)高分子進(jìn)行復(fù)配,得到一種電導(dǎo)率達(dá)1s/cm的半導(dǎo)體。美國斯坦福大學(xué)鮑哲楠課題組制備了一種具有自修復(fù)性能的電極材料。這種材料是將具有自修復(fù)性能的聚合物與導(dǎo)電顆粒進(jìn)行共混實現(xiàn)的。利用氫鍵的可逆動態(tài)性,材料無需外部試劑的條件下可實現(xiàn)室溫多次力學(xué)和電學(xué)自修復(fù)。s.a.odom等則研究了一種導(dǎo)電性微膠囊,將這種微膠囊植入材料基體中。當(dāng)材料受到破壞后,導(dǎo)電液體或溶劑從微膠囊中破裂,從而實現(xiàn)材料的自修復(fù)并能保持其電學(xué)性能。
但是,現(xiàn)有的自修復(fù)導(dǎo)電高分子材料,為了實現(xiàn)高導(dǎo)電性能,往往是通過在高分子基體中填充大量導(dǎo)電顆粒。這些導(dǎo)電顆粒的大量引入必然導(dǎo)致高分子的自修復(fù)性能大幅下降。這些問題大大限制了后續(xù)制備自修復(fù)壓力傳感器。因此,研究一種低添加份數(shù)、導(dǎo)電性能好和自修復(fù)性能高的一種自修復(fù)壓力傳感器及其制備方法是很有必要的。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種自修復(fù)石墨烯基壓力傳感器及其制備方法。該方法解決現(xiàn)有的壓力傳感器不能自修復(fù)的難題和自修復(fù)導(dǎo)電高分子導(dǎo)電性能和自修復(fù)性能無法同時提高的問題,并提供一種自修復(fù)石墨烯基壓力傳感器及其制備方法。具有巨大的市場應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì)社會效益。
為達(dá)到上述發(fā)明目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種自修復(fù)石墨烯基壓力傳感器及其制備方法,包括以下步驟:
1)制備一維銀納米線材料
a)乙二醇預(yù)處理:將50~100ml的乙二醇加入到三口燒瓶中在150~170℃充分加熱10~30分鐘;
b)量取1~4ml的nacl水溶液加入a)溶液中,加熱10~15分鐘;nacl水溶液濃度為0.002~0.004mol/l;
c)將一定量硝酸銀溶于乙二醇中,形成0.3~0.5mol/l的硝酸銀溶液;將一定量聚乙烯吡咯酮(pvp)溶于乙二醇中,形成0.4~0.6mol/l的pvp溶液;取10~15ml硝酸銀溶液加入到混合溶液b)中,同時取30~45ml的pvp溶液通過蠕動泵緩慢滴入,時間控制在50~90分鐘內(nèi);
d)滴加結(jié)束后,將上述反應(yīng)液取出靜置至室溫;然后將上述反應(yīng)液在9000rpm下離心10分鐘并用去離子水和無水乙醇多次清洗,最后得到粉末狀產(chǎn)物;
2)制備石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體
a)先將一定量的羧甲基纖維素或者羥乙基纖維素加入到所述溶劑中配置成均相溶液,再將一定質(zhì)量的膨脹石墨加入到上述均相溶液中,得到膨脹石墨濃度為0.1~0.9mg/ml的分散溶液,超聲分散14~20小時后,使全部膨脹石墨形成石墨烯分散液,將上述分散溶液在8000rpm下離心30min,取上層液即為穩(wěn)定的石墨烯有機(jī)溶液(標(biāo)記為溶液1);上述使用的纖維素與膨脹石墨的質(zhì)量比為5:1~10:1;溶劑為丙酮、乙醇、四氫呋喃、二氯甲烷中的一種或幾種混合物;
b)將1)中得到的銀納米線加入到上述溶液1中,以500rpm/min的機(jī)械攪拌速度攪拌2~6小時,進(jìn)一步超聲3小時后,即可得到石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體;使用的膨脹石墨和銀納米線的質(zhì)量比為1:15~4:1;
3)制備石墨烯基自修復(fù)高分子材料
a)高分子預(yù)聚物:取一定量二聚酸和二乙烯三胺放入三口燒瓶中,以氮?dú)庾鳛楸Wo(hù)氣體,加熱至150~170℃,機(jī)械攪拌,反應(yīng)20~26小時,形成高分子預(yù)聚物;其中二聚酸和二乙烯三胺的質(zhì)量比為2:1~3:1;
b)將上述高分子預(yù)聚物溶入到二氯甲烷中,兩者質(zhì)量比1:1~1:5;然后將2)中的石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體加入到上述二氯甲烷混合溶液中;然后加入一定量甲醇和蒸餾水,充分?jǐn)嚢?,然后靜置12小時;將下層液取出并在50℃烘箱中加熱48小時;固體顆粒的總質(zhì)量與高分子預(yù)聚物質(zhì)量比為0~55:100;二氯甲烷、甲醇、水的體積比為3:1:2;
c)稱取一定量的尿素,加入至提純后的b)混合物中,在130~145℃下進(jìn)行交聯(lián),時間2~12小時,即可得到自修復(fù)石墨烯基高分子材料;尿素與預(yù)聚物的質(zhì)量比為5:100~20:100;
d)將步驟c中的自修復(fù)石墨烯基壓敏高分子材料用模具進(jìn)行模壓固化成膜。固化溫度160℃,固化時間2小時,薄膜厚度5~200微米;
4)自修復(fù)石墨烯基壓力傳感器封裝
a)將步驟3)中得到的自修復(fù)石墨烯基壓敏高分子薄膜上下表面分別鍍上導(dǎo)電金屬薄膜,并用導(dǎo)線引出;導(dǎo)電金屬薄膜為金、銀、鉑、銅等導(dǎo)電金屬,金屬層厚度為10~200微米;導(dǎo)線為銀納米線、金納米線、銅箔等,導(dǎo)線直徑(厚度)為10~1000微米;
b)在處理后的薄膜上、下表面用柔性保護(hù)層進(jìn)行保護(hù)封裝,保護(hù)層的厚度為10~2500微米;柔性保護(hù)層可包括聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯。
所述一種自修復(fù)石墨烯基壓力傳感器及其制備方法,其特征在于所用超聲波功率為90w。
本發(fā)明的自修復(fù)石墨烯基壓力傳感器因其良好靈敏度和穩(wěn)定性,可以用于檢測彎曲力、扭轉(zhuǎn)力等微小機(jī)械力,可以用于檢測人體脈搏對血管壁的壓力,可以用于檢測聲波震動。
由于上述技術(shù)方案運(yùn)用,本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):(1)用銀納米線與石墨烯進(jìn)行復(fù)合得到的石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體,不僅具有較高的導(dǎo)電性能,而且最終導(dǎo)電體無需烘干處理,所含試劑可直接應(yīng)用在后續(xù)高分子復(fù)合工藝中,減少了石墨烯@銀納米線的硬團(tuán)聚問題;(2)通過往高分子預(yù)聚體中加入石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體,可形成三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),且石墨烯@銀納米線的填充量和三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可控性更好;(3)將銀納米線插層進(jìn)入石墨烯層片后,銀納米線表面的微氧化層和石墨烯的缺陷部分將和高分子基體形成新的氫鍵,提高了自修復(fù)石墨烯導(dǎo)電高分子的力學(xué)性能。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
實施例一
一種自修復(fù)石墨烯基壓力傳感器及其制備方法,包括以下步驟:
1)制備一維銀納米線材料
a)乙二醇預(yù)處理:將50ml的乙二醇加入到三口燒瓶中在150℃充分加熱10分鐘;
b)量取1ml的nacl水溶液加入a)溶液中,加熱10分鐘;nacl水溶液濃度為0.002mol/l;
c)將10g硝酸銀溶于乙二醇中,形成0.3mol/l的硝酸銀溶液;將15g聚乙烯吡咯酮(pvp)溶于乙二醇中,形成0.4mol/l的pvp溶液;取10ml硝酸銀溶液加入到混合溶液b)中,同時取30ml的pvp溶液通過蠕動泵緩慢滴入,時間控制在50分鐘內(nèi);
d)滴加結(jié)束后,將上述反應(yīng)液取出靜置至室溫;然后將上述反應(yīng)液在9000rpm下離心10分鐘并用去離子水和無水乙醇多次清洗,最后得到粉末狀產(chǎn)物;
2)制備石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體
a)先將一定量的羧甲基纖維素或者羥乙基纖維素加入到所述溶劑中配置成均相溶液,再將一定質(zhì)量的膨脹石墨加入到上述均相溶液中,得到膨脹石墨濃度為0.1mg/ml的分散溶液,超聲分散14小時后,使全部膨脹石墨形成石墨烯分散液,將上述分散溶液在8000rpm下離心30min,取上層液即為穩(wěn)定的石墨烯有機(jī)溶液(標(biāo)記為溶液1);上述使用的纖維素與膨脹石墨的質(zhì)量比為5:1;溶劑為丙酮;
b)將1)中得到的銀納米線加入到上述溶液1中,以500rpm/min的機(jī)械攪拌速度攪拌2小時,進(jìn)一步超聲3小時后,即可得到石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體;使用的膨脹石墨和銀納米線的質(zhì)量比為1:15;
3)制備石墨烯基自修復(fù)高分子材料
a)高分子預(yù)聚物:取10g二聚酸和5g二乙烯三胺放入三口燒瓶中,以氮?dú)庾鳛楸Wo(hù)氣體,加熱至150℃,機(jī)械攪拌,反應(yīng)20小時,形成高分子預(yù)聚物;其中二聚酸和二乙烯三胺的質(zhì)量比為2:1;
b)將上述高分子預(yù)聚物溶入到二氯甲烷中,兩者質(zhì)量比1:1;然后將2)中的石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體加入到上述二氯甲烷混合溶液中;然后加入一定量甲醇和蒸餾水,充分?jǐn)嚢瑁缓箪o置12小時;將下層液取出并在50℃烘箱中加熱48小時;固體顆粒的總質(zhì)量與高分子預(yù)聚物質(zhì)量比為15:100;二氯甲烷、甲醇、水的體積比為3:1:2;
c)稱取0.75的尿素,加入至提純后的b)混合物中,在130℃下進(jìn)行交聯(lián),時間2小時,即可得到自修復(fù)石墨烯基高分子材料;尿素與預(yù)聚物的質(zhì)量比為5:100;
d)將步驟c中的自修復(fù)石墨烯基壓敏高分子材料用模具進(jìn)行模壓固化成膜。固化溫度160℃,固化時間2小時,薄膜厚度5微米;
4)自修復(fù)石墨烯基壓力傳感器封裝
a)將步驟3)中得到的自修復(fù)石墨烯基壓敏高分子薄膜上下表面分別鍍上導(dǎo)電金屬薄膜,并用導(dǎo)線引出;導(dǎo)電金屬薄膜為金,金屬層厚度為10微米;導(dǎo)線為銀納米線,導(dǎo)線直徑(厚度)為10微米;
b)在處理后的薄膜上、下表面用柔性保護(hù)層進(jìn)行保護(hù)封裝,保護(hù)層的厚度為10微米;柔性保護(hù)層為聚乙烯。
實施例二
一種自修復(fù)石墨烯基壓力傳感器及其制備方法,包括以下步驟:
1)制備一維銀納米線材料
a)乙二醇預(yù)處理:將60ml的乙二醇加入到三口燒瓶中在155℃充分加熱16分鐘;
b)量取1.8ml的nacl水溶液加入a)溶液中,加熱10分鐘;nacl水溶液濃度為0.0025mol/l;
c)將15g硝酸銀溶于乙二醇中,形成0.35mol/l的硝酸銀溶液;將14g聚乙烯吡咯酮(pvp)溶于乙二醇中,形成0.48mol/l的pvp溶液;取13ml硝酸銀溶液加入到混合溶液b)中,同時取35ml的pvp溶液通過蠕動泵緩慢滴入,時間控制在65分鐘內(nèi);
d)滴加結(jié)束后,將上述反應(yīng)液取出靜置至室溫;然后將上述反應(yīng)液在9000rpm下離心10分鐘并用去離子水和無水乙醇多次清洗,最后得到粉末狀產(chǎn)物;
2)制備石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體
a)先將一定量的羧甲基纖維素或者羥乙基纖維素加入到所述溶劑中配置成均相溶液,再將一定質(zhì)量的膨脹石墨加入到上述均相溶液中,得到膨脹石墨濃度為0.3mg/ml的分散溶液,超聲分散16小時后,使全部膨脹石墨形成石墨烯分散液,將上述分散溶液在8000rpm下離心30min,取上層液即為穩(wěn)定的石墨烯有機(jī)溶液(標(biāo)記為溶液1);上述使用的纖維素與膨脹石墨的質(zhì)量比為6:1;溶劑為乙醇;
b)將1)中得到的銀納米線加入到上述溶液1中,以500rpm/min的機(jī)械攪拌速度攪拌3小時,進(jìn)一步超聲3小時后,即可得到石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體;使用的膨脹石墨和銀納米線的質(zhì)量比為1:1;
3)制備石墨烯基自修復(fù)高分子材料
a)高分子預(yù)聚物:取12g二聚酸和6g二乙烯三胺放入三口燒瓶中,以氮?dú)庾鳛楸Wo(hù)氣體,加熱至155℃,機(jī)械攪拌,反應(yīng)24小時,形成高分子預(yù)聚物;其中二聚酸和二乙烯三胺的質(zhì)量比為2:1;
b)將上述高分子預(yù)聚物溶入到二氯甲烷中,兩者質(zhì)量比1:1.5;然后將2)中的石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體加入到上述二氯甲烷混合溶液中;然后加入一定量甲醇和蒸餾水,充分?jǐn)嚢?,然后靜置12小時;將下層液取出并在50℃烘箱中加熱48小時;固體顆粒的總質(zhì)量與高分子預(yù)聚物質(zhì)量比為20:100;二氯甲烷、甲醇、水的體積比為3:1:2;
c)稱取1.44g的尿素,加入至提純后的b)混合物中,在135℃下進(jìn)行交聯(lián),時間4小時,即可得到自修復(fù)石墨烯基高分子材料;尿素與預(yù)聚物的質(zhì)量比為8:100;
d)將步驟c中的自修復(fù)石墨烯基壓敏高分子材料用模具進(jìn)行模壓固化成膜。固化溫度160℃,固化時間2小時,薄膜厚度25微米;
4)自修復(fù)石墨烯基壓力傳感器封裝
a)將步驟3)中得到的自修復(fù)石墨烯基壓敏高分子薄膜上下表面分別鍍上導(dǎo)電金屬薄膜,并用導(dǎo)線引出;導(dǎo)電金屬薄膜為銀,金屬層厚度為25微米;導(dǎo)線為金納米線,導(dǎo)線直徑(厚度)為100微米;
b)在處理后的薄膜上、下表面用柔性保護(hù)層進(jìn)行保護(hù)封裝,保護(hù)層的厚度為800微米;柔性保護(hù)層為聚二甲基硅氧烷。
實施例三
一種自修復(fù)石墨烯基壓力傳感器及其制備方法,包括以下步驟:
1)制備一維銀納米線材料
a)乙二醇預(yù)處理:將70ml的乙二醇加入到三口燒瓶中在160℃充分加熱25分鐘;
b)量取2ml的nacl水溶液加入a)溶液中,加熱12分鐘;nacl水溶液濃度為0.003mol/l;
c)將8g硝酸銀溶于乙二醇中,形成0.4mol/l的硝酸銀溶液;將20g聚乙烯吡咯酮(pvp)溶于乙二醇中,形成0.5mol/l的pvp溶液;取15ml硝酸銀溶液加入到混合溶液b)中,同時取30ml的pvp溶液通過蠕動泵緩慢滴入,時間控制在70分鐘內(nèi);
d)滴加結(jié)束后,將上述反應(yīng)液取出靜置至室溫;然后將上述反應(yīng)液在9000rpm下離心10分鐘并用去離子水和無水乙醇多次清洗,最后得到粉末狀產(chǎn)物;
2)制備石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體
a)先將一定量的羧甲基纖維素或者羥乙基纖維素加入到所述溶劑中配置成均相溶液,再將一定質(zhì)量的膨脹石墨加入到上述均相溶液中,得到膨脹石墨濃度為0.5mg/ml的分散溶液,超聲分散18小時后,使全部膨脹石墨形成石墨烯分散液,將上述分散溶液在8000rpm下離心30min,取上層液即為穩(wěn)定的石墨烯有機(jī)溶液(標(biāo)記為溶液1);上述使用的纖維素與膨脹石墨的質(zhì)量比為7:1;溶劑為四氫呋喃;
b)將1)中得到的銀納米線加入到上述溶液1中,以500rpm/min的機(jī)械攪拌速度攪拌4小時,進(jìn)一步超聲3小時后,即可得到石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體;使用的膨脹石墨和銀納米線的質(zhì)量比為2:1;
3)制備石墨烯基自修復(fù)高分子材料
a)高分子預(yù)聚物:取15g二聚酸和5g二乙烯三胺放入三口燒瓶中,以氮?dú)庾鳛楸Wo(hù)氣體,加熱至165℃,機(jī)械攪拌,反應(yīng)22小時,形成高分子預(yù)聚物;其中二聚酸和二乙烯三胺的質(zhì)量比為3:1;
b)將上述高分子預(yù)聚物溶入到二氯甲烷中,兩者質(zhì)量比1:2;然后將2)中的石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體加入到上述二氯甲烷混合溶液中;然后加入一定量甲醇和蒸餾水,充分?jǐn)嚢?,然后靜置12小時;將下層液取出并在50℃烘箱中加熱48小時;固體顆粒的總質(zhì)量與高分子預(yù)聚物質(zhì)量比為25:100;二氯甲烷、甲醇、水的體積比為3:1:2;
c)稱取2g的尿素,加入至提純后的b)混合物中,在140℃下進(jìn)行交聯(lián),時間6小時,即可得到自修復(fù)石墨烯基高分子材料;尿素與預(yù)聚物的質(zhì)量比為10:100;
d)將步驟c中的自修復(fù)石墨烯基壓敏高分子材料用模具進(jìn)行模壓固化成膜。固化溫度160℃,固化時間2小時,薄膜厚度50微米;
4)自修復(fù)石墨烯基壓力傳感器封裝
a)將步驟3)中得到的自修復(fù)石墨烯基壓敏高分子薄膜上下表面分別鍍上導(dǎo)電金屬薄膜,并用導(dǎo)線引出;導(dǎo)電金屬薄膜為鉑,金屬層厚度為50微米;導(dǎo)線為銅納米線,導(dǎo)線直徑(厚度)為350微米;
b)在處理后的薄膜上、下表面用柔性保護(hù)層進(jìn)行保護(hù)封裝,保護(hù)層的厚度為1000微米;柔性保護(hù)層為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
實施例四
一種自修復(fù)石墨烯基壓力傳感器及其制備方法,包括以下步驟:
1)制備一維銀納米線材料
a)乙二醇預(yù)處理:將85ml的乙二醇加入到三口燒瓶中在165℃充分加熱25分鐘;
b)量取3ml的nacl水溶液加入a)溶液中,加熱13分鐘;nacl水溶液濃度為0.0035mol/l;
c)將6g硝酸銀溶于乙二醇中,形成0.45mol/l的硝酸銀溶液;將20g聚乙烯吡咯酮(pvp)溶于乙二醇中,形成0.55mol/l的pvp溶液;取15ml硝酸銀溶液加入到混合溶液b)中,同時取40ml的pvp溶液通過蠕動泵緩慢滴入,時間控制在80分鐘內(nèi);
d)滴加結(jié)束后,將上述反應(yīng)液取出靜置至室溫;然后將上述反應(yīng)液在9000rpm下離心10分鐘并用去離子水和無水乙醇多次清洗,最后得到粉末狀產(chǎn)物;
2)制備石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體
a)先將一定量的羧甲基纖維素或者羥乙基纖維素加入到所述溶劑中配置成均相溶液,再將一定質(zhì)量的膨脹石墨加入到上述均相溶液中,得到膨脹石墨濃度為0.7mg/ml的分散溶液,超聲分散19小時后,使全部膨脹石墨形成石墨烯分散液,將上述分散溶液在8000rpm下離心30min,取上層液即為穩(wěn)定的石墨烯有機(jī)溶液(標(biāo)記為溶液1);上述使用的纖維素與膨脹石墨的質(zhì)量比為8:1;溶劑為二氯甲烷;
b)將1)中得到的銀納米線加入到上述溶液1中,以500rpm/min的機(jī)械攪拌速度攪拌5小時,進(jìn)一步超聲3小時后,即可得到石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體;使用的膨脹石墨和銀納米線的質(zhì)量比為3:1;
3)制備石墨烯基自修復(fù)高分子材料
a)高分子預(yù)聚物:取25g二聚酸和10g二乙烯三胺放入三口燒瓶中,以氮?dú)庾鳛楸Wo(hù)氣體,加熱至165℃,機(jī)械攪拌,反應(yīng)24小時,形成高分子預(yù)聚物;其中二聚酸和二乙烯三胺的質(zhì)量比為3:1;
b)將上述高分子預(yù)聚物溶入到二氯甲烷中,兩者質(zhì)量比1:3;然后將2)中的石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體加入到上述二氯甲烷混合溶液中;然后加入一定量甲醇和蒸餾水,充分?jǐn)嚢?,然后靜置12小時;將下層液取出并在50℃烘箱中加熱48小時;固體顆粒的總質(zhì)量與高分子預(yù)聚物質(zhì)量比為30:100;二氯甲烷、甲醇、水的體積比為3:1:2;
c)稱取5.25g的尿素,加入至提純后的b)混合物中,在145℃下進(jìn)行交聯(lián),時間8小時,即可得到自修復(fù)石墨烯基高分子材料;尿素與預(yù)聚物的質(zhì)量比為15:100;
d)將步驟c中的自修復(fù)石墨烯基壓敏高分子材料用模具進(jìn)行模壓固化成膜。固化溫度160℃,固化時間2小時,薄膜厚度100微米;
4)自修復(fù)石墨烯基壓力傳感器封裝
a)將步驟3)中得到的自修復(fù)石墨烯基壓敏高分子薄膜上下表面分別鍍上導(dǎo)電金屬薄膜,并用導(dǎo)線引出;導(dǎo)電金屬薄膜為銅,金屬層厚度為100微米;導(dǎo)線為銀納米線,導(dǎo)線直徑(厚度)為700微米;
b)在處理后的薄膜上、下表面用柔性保護(hù)層進(jìn)行保護(hù)封裝,保護(hù)層的厚度為2000微米;柔性保護(hù)層為聚二甲基硅氧烷。
實施例五
一種自修復(fù)石墨烯基壓力傳感器及其制備方法,包括以下步驟:
1)制備一維銀納米線材料
a)乙二醇預(yù)處理:將100ml的乙二醇加入到三口燒瓶中在170℃充分加熱30分鐘;
b)量取4ml的nacl水溶液加入a)溶液中,加熱15分鐘;nacl水溶液濃度為0.004mol/l;
c)將13g硝酸銀溶于乙二醇中,形成0.5mol/l的硝酸銀溶液;將25g聚乙烯吡咯酮(pvp)溶于乙二醇中,形成0.6mol/l的pvp溶液;取14ml硝酸銀溶液加入到混合溶液b)中,同時取45ml的pvp溶液通過蠕動泵緩慢滴入,時間控制在90分鐘內(nèi);
d)滴加結(jié)束后,將上述反應(yīng)液取出靜置至室溫;然后將上述反應(yīng)液在9000rpm下離心10分鐘并用去離子水和無水乙醇多次清洗,最后得到粉末狀產(chǎn)物;
2)制備石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體
a)先將一定量的羧甲基纖維素或者羥乙基纖維素加入到所述溶劑中配置成均相溶液,再將一定質(zhì)量的膨脹石墨加入到上述均相溶液中,得到膨脹石墨濃度為0.9mg/ml的分散溶液,超聲分散20小時后,使全部膨脹石墨形成石墨烯分散液,將上述分散溶液在8000rpm下離心30min,取上層液即為穩(wěn)定的石墨烯有機(jī)溶液(標(biāo)記為溶液1);上述使用的纖維素與膨脹石墨的質(zhì)量比為10:1;溶劑為二氯甲烷和乙醇按照體積比2:1得到的混合溶液;
b)將1)中得到的銀納米線加入到上述溶液1中,以500rpm/min的機(jī)械攪拌速度攪拌6小時,進(jìn)一步超聲3小時后,即可得到石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體;使用的膨脹石墨和銀納米線的質(zhì)量比為4:1;
3)制備石墨烯基自修復(fù)高分子材料
a)高分子預(yù)聚物:取30g二聚酸和10g二乙烯三胺放入三口燒瓶中,以氮?dú)庾鳛楸Wo(hù)氣體,加熱至170℃,機(jī)械攪拌,反應(yīng)26小時,形成高分子預(yù)聚物;其中二聚酸和二乙烯三胺的質(zhì)量比為3:1;
b)將上述高分子預(yù)聚物溶入到二氯甲烷中,兩者質(zhì)量比1:5;然后將2)中的石墨烯@銀納米線復(fù)合導(dǎo)電體加入到上述二氯甲烷混合溶液中;然后加入一定量甲醇和蒸餾水,充分?jǐn)嚢?,然后靜置12小時;將下層液取出并在50℃烘箱中加熱48小時;固體顆粒的總質(zhì)量與高分子預(yù)聚物質(zhì)量比為55:100;二氯甲烷、甲醇、水的體積比為3:1:2;
c)稱取8g的尿素,加入至提純后的b)混合物中,在145℃下進(jìn)行交聯(lián),時間12小時,即可得到自修復(fù)石墨烯基高分子材料;尿素與預(yù)聚物的質(zhì)量比為20:100;
d)將步驟c中的自修復(fù)石墨烯基壓敏高分子材料用模具進(jìn)行模壓固化成膜。固化溫度160℃,固化時間2小時,薄膜厚度200微米;
4)自修復(fù)石墨烯基壓力傳感器封裝
a)將步驟3)中得到的自修復(fù)石墨烯基壓敏高分子薄膜上下表面分別鍍上導(dǎo)電金屬薄膜,并用導(dǎo)線引出;導(dǎo)電金屬薄膜為金,金屬層厚度為200微米;導(dǎo)線為金納米線,導(dǎo)線直徑(厚度)為1000微米;
b)在處理后的薄膜上、下表面用柔性保護(hù)層進(jìn)行保護(hù)封裝,保護(hù)層的厚度為2500微米;柔性保護(hù)層為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
以上實施例獲得的一種自修復(fù)石墨烯壓力傳感器性能優(yōu)異。實施例一到五,產(chǎn)品的體積電阻率分別為462、311、306、143和66ω.cm;自修復(fù)率分別為76%、72%、81%、84%和73%。與添加相同份數(shù)導(dǎo)電炭黑獲得的壓力傳感器相比,本發(fā)明所獲得的產(chǎn)品具有更低體積電阻率。