石墨烯填充硅橡膠復(fù)合材料壓阻傳感器及其研制方法技術(shù)

一種石墨烯填充硅橡膠復(fù)合材料壓阻傳感器及其研制方法，屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。該方法將堆積密度為0.20g/cm3、直徑為5μm、厚度小于15nm、碳含量大于98wt％的石墨烯作為導(dǎo)電填料，將介電常數(shù)為3.0、介電強(qiáng)度為15kV/mm的硅橡膠作為基體相，用溶液混合法和旋涂法制備出基于石墨烯填充硅橡膠復(fù)合材料的壓阻薄膜，再用熱壓封裝法將壓阻薄膜和聚酰亞胺覆銅薄膜制備成石墨烯填充硅橡膠復(fù)合材料壓阻傳感器。利用本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提出的方法所研制的壓阻傳感器壓阻特性單調(diào)、靈敏度高、量程大、柔性好、可以應(yīng)用于電子皮膚研制和曲面層間壓力測(cè)量等領(lǐng)域中。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)屬于測(cè)量
，特別涉及到柔性壓力傳感器制備。
技術(shù)介紹
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，薄型柔性壓力傳感器在工程應(yīng)用中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。導(dǎo)電高分子復(fù)合材料具有壓阻特性、柔韌性和易加工性，因此可作為柔性壓力傳感器的敏感材料。在復(fù)合材料中通常用納米粉末作為補(bǔ)強(qiáng)劑和導(dǎo)電填料。導(dǎo)電填料通過(guò)隧道效應(yīng)或接觸傳導(dǎo)形成導(dǎo)電通道，當(dāng)導(dǎo)電通道貫穿基體時(shí)，形成有效導(dǎo)電通道，為復(fù)合材料的導(dǎo)電性做出貢獻(xiàn)。當(dāng)外加壓力和形變的作用在復(fù)合材料上時(shí)，導(dǎo)致有效導(dǎo)電通道發(fā)生變化，從而引起復(fù)合材料電阻發(fā)生變化，即：復(fù)合材料具有壓阻效應(yīng)。導(dǎo)電填料的含量對(duì)于壓阻傳感器的研制至關(guān)重要。導(dǎo)電填料含量過(guò)小，補(bǔ)強(qiáng)作用不足且無(wú)法形成有效的壓阻網(wǎng)絡(luò)；導(dǎo)電填料含量過(guò)大，不可避免地影響了復(fù)合材料的柔韌性；導(dǎo)電含量又直接決定了壓阻特性單調(diào)性和靈敏度等重要指標(biāo)。因此，導(dǎo)電填料含量的優(yōu)化是研制基于這種復(fù)合材料的壓阻傳感器的關(guān)鍵，而導(dǎo)電填料本身的結(jié)構(gòu)特征又是影響其最佳含量的重要因素。因此，如何確定最佳的導(dǎo)電填料的含量與結(jié)構(gòu)以獲得具有最佳電學(xué)與機(jī)械特性的壓阻傳感器是目前亟需解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種石墨烯填充硅橡膠復(fù)合材料壓阻傳感器及其研制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：將堆積密度為0.20g/cm3、比表面積30-60m2/g、直徑為5μm、厚度小于15nm、碳含量大于98wt％的石墨烯作為導(dǎo)電填料，將介電常數(shù)為3.0、介電強(qiáng)度為15kV/mm的硅橡膠作為基體相，將所述的石墨烯和硅橡膠與有機(jī)溶劑按6∶100∶900的體積比混合形成由石墨烯、有機(jī)溶劑和硅橡膠構(gòu)成的混合物；對(duì)由石墨烯、有機(jī)溶劑和硅橡膠構(gòu)成的混合物進(jìn)行大功率機(jī)械攪拌，同時(shí)在催化劑和交聯(lián)劑的作用下輔以超聲振蕩，溫度80℃，待有機(jī)溶劑揮發(fā)后，形成由石墨烯和硅橡膠構(gòu)成的混合體；將由石墨烯和硅橡膠構(gòu)成的混合體滴入旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，旋涂成壓阻薄膜；在兩張聚酰亞胺薄膜上覆合金屬電極，分別作為上層封裝薄膜和下層封裝薄膜；將壓阻薄膜的尺寸和形狀裁剪為與金屬電極的一致；將裁剪后的壓阻薄膜貼附在下層封裝薄膜的電極之上；在下層封裝薄膜的金屬電極周?chē)扛矡峁棠z；將上層封裝薄膜覆蓋在已涂覆熱固膠的下層封裝薄膜之上，并使下層封裝薄膜的金屬電極、壓阻薄膜和下層封裝薄膜的金屬電極正對(duì)，形成漢堡包結(jié)構(gòu)；用柔性材料封裝設(shè)備對(duì)所述的漢堡包結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱壓封裝，進(jìn)而制成石墨烯填充硅橡膠復(fù)合材料壓阻傳感器。本專(zhuān)利技術(shù)的特點(diǎn)及效果：1、本專(zhuān)利技術(shù)研制的石墨烯填充硅橡膠復(fù)合材料壓阻傳感器的導(dǎo)電填料采用的具有二維納米結(jié)構(gòu)的石墨烯，與常用的零維和一維納米結(jié)構(gòu)相比，用石墨烯作為導(dǎo)電填料的復(fù)合材料具有更低的滲流閾值，更有利于制備出機(jī)械性能優(yōu)良的傳感器；2、本專(zhuān)利技術(shù)確定的石墨烯含量和結(jié)構(gòu)是經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)和分析得到的，能使石墨烯填充硅橡膠復(fù)合材料壓阻傳感器的壓阻特性單調(diào)、靈敏度高、量程大、柔性好、可以應(yīng)用于電子皮膚研制和曲面層間壓力測(cè)量等領(lǐng)域中。具體實(shí)施方式將堆積密度為0.20g/cm3、比表面積30-60m2/g、直徑為5μm、厚度小于15nm、碳含量大于98wt％的石墨烯作為導(dǎo)電填料，將介電常數(shù)為3.0、介電強(qiáng)度為15kV/mm的硅橡膠作為基體相，將所述的石墨烯和硅橡膠與正己烷按6∶100∶900的體積比混合形成由石墨烯、正己烷和硅橡膠構(gòu)成的混合物；對(duì)由石墨烯、正己烷和硅橡膠構(gòu)成的混合物進(jìn)行大功率機(jī)械攪拌，同時(shí)在催化劑和交聯(lián)劑的作用下輔以超聲振蕩，溫度80℃，待正己烷揮發(fā)后，形成由石墨烯和硅橡膠構(gòu)成的混合體；將由石墨烯和硅橡膠構(gòu)成的混合體滴入旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，旋涂成壓阻薄膜；在兩張聚酰亞胺薄膜上覆合金屬電極，分別作為上層封裝薄膜和下層封裝薄膜；將壓阻薄膜的尺寸和形狀裁剪為與金屬電極的一致；將裁剪后的壓阻薄膜貼附在下層封裝薄膜的電極之上；在下層封裝薄膜的金屬電極周?chē)扛矡峁棠z；將上層封裝薄膜覆蓋在已涂覆熱固膠的下層封裝薄膜之上，并使下層封裝薄膜的金屬電極、壓阻薄膜和下層封裝薄膜的金屬電極正對(duì)，形成漢堡包結(jié)構(gòu)；用柔性材料封裝設(shè)備對(duì)所述的漢堡包結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱壓封裝，進(jìn)而制成石墨烯填充硅橡膠復(fù)合材料壓阻傳感器。實(shí)施例將堆積密度為0.20g/cm3、比表面積30-60m2/g、直徑為5μm、厚度小于15nm、碳含量大于98wt％的石墨烯作為導(dǎo)電填料，將介電常數(shù)為3.0、介電強(qiáng)度為15kV/mm的硅橡膠作為基體相，將所述的石墨烯和硅橡膠與正己烷按6∶100∶900的體積比混合形成由石墨烯、正己烷和硅橡膠構(gòu)成的混合物；對(duì)由石墨烯、正己烷和硅橡膠構(gòu)成的混合物進(jìn)行大功率機(jī)械攪拌，同時(shí)在催化劑和交聯(lián)劑的作用下輔以超聲振蕩，溫度80℃，待正己烷揮發(fā)后，形成由石墨烯和硅橡膠構(gòu)成的混合體；將由石墨烯和硅橡膠構(gòu)成的混合體滴入旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，旋涂成厚度20-40微米的壓阻薄膜；在兩張厚度為22.5μm的聚酰亞胺薄膜上覆合金屬電極，分別作為上層封裝薄膜和下層封裝薄膜，金屬電極的尺寸為邊長(zhǎng)為5mm的正方形、厚度為10μm；將壓阻薄膜的尺寸和形狀裁剪為與金屬電極的一致；將裁剪后的壓阻薄膜貼附在下層封裝薄膜的電極之上；在下層封裝薄膜的金屬電極周?chē)扛矡峁棠z；將上層封裝薄膜覆蓋在已涂覆熱固膠的下層封裝薄膜之上，并使下層封裝薄膜的金屬電極、壓阻薄膜和下層封裝薄膜的金屬電極正對(duì)，形成漢堡包結(jié)構(gòu)；用柔性材料封裝設(shè)備對(duì)所述的漢堡包結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱壓封裝，進(jìn)而制成石墨烯填充硅橡膠復(fù)合材料壓阻傳感器。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種石墨烯填充硅橡膠復(fù)合材料壓阻傳感器及其研制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：將堆積密度為0.20g/cm3、比表面積30?60m2/g、直徑為5μm、厚度小于15nm、碳含量大于98wt％的石墨烯作為導(dǎo)電填料，將介電常數(shù)為3.0、介電強(qiáng)度為15kV/mm的硅橡膠作為基體相，將所述的石墨烯和硅橡膠與有機(jī)溶劑按6∶100∶900的體積比混合形成由石墨烯、有機(jī)溶劑和硅橡膠構(gòu)成的混合物；對(duì)由石墨烯、有機(jī)溶劑和硅橡膠構(gòu)成的混合物進(jìn)行大功率機(jī)械攪拌，同時(shí)在催化劑和交聯(lián)劑的作用下輔以超聲振蕩，溫度80℃，待有機(jī)溶劑揮發(fā)后，形成由石墨烯和硅橡膠構(gòu)成的混合體；將由石墨烯和硅橡膠構(gòu)成的混合體滴入旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，旋涂成壓阻薄膜；在兩張聚酰亞胺薄膜上覆合金屬電極，分別作為上層封裝薄膜和下層封裝薄膜；將壓阻薄膜的尺寸和形狀裁剪為與金屬電極的一致；將裁剪后的壓阻薄膜貼附在下層封裝薄膜的電極之上；在下層封裝薄膜的金屬電極周?chē)扛矡峁棠z；將上層封裝薄膜覆蓋在已涂覆熱固膠的下層封裝薄膜之上，并使下層封裝薄膜的金屬電極、壓阻薄膜和下層封裝薄膜的金屬電極正對(duì)，形成漢堡包結(jié)構(gòu)；用柔性材料封裝設(shè)備對(duì)所述的漢堡包結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱壓封裝，進(jìn)而制成石墨烯填充硅橡膠復(fù)合材料壓阻傳感器。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種石墨烯填充硅橡膠復(fù)合材料壓阻傳感器及其研制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：將堆積密度為0.20g/cm3、比表面積30-60m2/g、直徑為5μm、厚度小于15nm、碳含量大于98wt％的石墨烯作為導(dǎo)電填料，將介電常數(shù)為3.0、介電強(qiáng)度為15kV/mm的硅橡膠作為基體相，將所述的石墨烯和硅橡膠與有機(jī)溶劑按6∶100∶900的體積比混合形成由石墨烯、有機(jī)溶劑和硅橡膠構(gòu)成的混合物；對(duì)由石墨烯、有機(jī)溶劑和硅橡膠構(gòu)成的混合物進(jìn)行大功率機(jī)械攪拌，同時(shí)在催化劑和交聯(lián)劑的作用下輔以超聲振蕩，溫度80℃，待有機(jī)溶劑揮發(fā)...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王璐珩，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中南大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖南;43