【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于傳感器制備，具體涉及一種對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器及其制備方法和應用。
技術介紹
1、離子凝膠作為離電型柔性壓力傳感器的功能材料受到了越來越多的人關注和研究。雖然近些年來柔性電容式壓力傳感器的發展速度很迅猛，性能也在不斷優化，但仍存在現實生活中使用上的問題，其根本原因是研究者們往往只關注傳感器的傳感性能與機械性能，而忽略其對于環境的穩定性，這就使得傳感器難以在變化的外界條件下進行長期穩定的監測。如濕度作為環境因素中十分重要的一環卻常常不被關注。為了確保傳感器在工程應用中的長期穩定運行，由離子凝膠制成的離電傳感器應該能耐受較大的濕度變化。然而，往往機械性能優異的離子凝膠對于濕度的抵抗能力是比較差的，這是由于考慮到離子液體相容性的問題。
2、現有技術中研究的離子凝膠主要可以分成兩類：一類為具有優異機械性能的親水離子凝膠；而另一類為具有較差機械性能的疏水離子凝膠。目前，已有的大部分離電式壓力傳感器所使用的離子凝膠都是由具有強極性的親水單體與離子液體混溶制備的，強極性鍵的存在使得離子凝膠具有較強的力學強度。盡管其具有較好的機械性能，但是離子凝膠幾乎無法承受我們日常生活的濕度變化(10％～100％相對濕度)。特別是在高濕度的環境中，將會導致離子凝膠的溶脹和性能變化，顯示出極差的濕度穩定性。如現有技術中公開了aac-co-aam+emies離子液體，具有較強的機械性能。但兩個組分均為親水組分，具有極差的濕度穩定性。進一步的，由于濕度變化帶來的影響使得基于此類離子凝膠的離電型壓力傳感器往往不能準確識別出壓力的
3、而現有的另一類離子凝膠在保證疏水或濕度穩定的前提下又幾乎沒有良好的機械性能，這是由于疏水單體的弱極性使得分子鏈之間的相互作用力較弱，離子凝膠的力學強度較差，直接影響著基于此類離子凝膠制備的柔性壓力傳感器的線性度、量程、響應時間等傳感性能，極大地阻礙了離電型柔性壓力傳感器的發展和實際應用。如現有技術中公開了ea+[bmmim][tfsi]離子液體，盡管兩個組分都是疏水的具有較強的濕度穩定性，但兩組分分子鏈間幾乎沒有相互作用力，具有較差的機械性能。不僅如此，大多數的疏水離子凝膠的制備是通過疏水的單體與離子液體混合后固化聚合，但是疏水的單體往往極性較弱，離子液體與單體不能很好的互溶，極大的限制了材料的選擇，也進一步遏制了疏水離子凝膠的發展。
4、因此，如何平衡離子凝膠功能材料中濕度不敏感和優異的機械性能是本領域技術人員亟待解決的問題，也是推動離子凝膠進一步發展的重中之重，再進一步的，為推動濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器的技術發展提供了可能。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器，具體通過對離子凝膠材料的合成設計，制備得到一種既對濕度不敏感，又具有優異機械性能的離子凝膠材料。基于此離子凝膠作為傳感功能層制備得到的離電型柔性壓力傳感器在保證優異的傳感性能的同時，還可以在高濕度的外界環境下進行長期穩定的信號監測，極大程度上推動了離電皮膚的發展，使離電型壓力傳感器在極端條件下的長期應用成為可能。
2、為實現上述目的，本專利技術提供一種對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器，具體包括離子凝膠層、電極層和封裝層；
3、其中，離子凝膠層是通過強極性的親水單體丙烯腈和疏水單體丙烯酸乙酯共聚，得到疏水性的聚丙烯腈和聚丙稀酸乙酯的共聚物，產生濕度不敏感性能；再利用聚丙烯酸乙酯和聚丙烯腈在特定離子液體中的溶解度差異構建相分離，從而得到兼顧機械性能和濕度不敏感的傳感功能材料。
4、在一優選的實施方式中，所述離子凝膠層的制備方法包括：
5、將聚合物單體、離子液體、交聯劑和引發劑混合，得到澄清溶液；再將溶液進行聚合反應，即得兼顧機械性能和濕度不敏感的傳感功能材料；其中，所述聚合物單體由丙烯腈單體和丙烯酸乙酯單體組成；
6、所述離子液體包括1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽；
7、所述引發劑包括光引發劑、熱引發劑和氧化還原引發劑中的一種或多種。
8、優選的，所述聚合物單體中，丙烯酸乙酯單體和丙烯腈單體的質量比為5:5-2:8；更優選的，所述聚合物單體中，丙烯酸乙酯單體和丙烯腈單體的質量比為5:5、4:6、3:7和2:8。
9、單體是為離子液體提供聚合物骨架，使得整個共聚物凝膠化。在本專利技術中，所用聚合物單體包括特定質量比的丙烯酸乙酯和丙烯腈，由于聚丙烯酸乙酯與所用離子液體具有良好的相容性，這形成了均勻透明的聚丙烯酸乙酯離子凝膠網絡，賦予離子凝膠一定的拉伸性。相比之下，聚丙烯腈與所用離子液體的相容性較差，聚丙烯腈離子凝膠發白、變脆，在發生相分離現象的同時聚丙烯腈內部產生結晶現象，賦予離子凝膠較高的模量與強度。本專利技術通過設計、調控丙烯酸乙酯與丙烯腈的含量可以獲得既包含富丙烯酸乙酯鏈段與離子液體組成的軟離子液體連續相，又包含富丙烯腈鏈段組成的硬結晶聚合物連續相，使得所制備的離子凝膠在保證具有一定的拉伸性的前提下又具有高模量、高強度等特性，不會發生脆性失效。
10、優選的，所述離子液體和聚合物單體(丙烯腈單體和丙烯酸乙酯單體合計)的質量比為(0.5-1.5):1；更優選的，所述離子液體和聚合物單體的質量比為1:1。
11、本專利技術所用離子液體包括1-乙基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺酰基)酰亞胺(emim[tfsi])為離子凝膠提供導電的通道，主要起到導離子的作用。將其與丙烯腈單體和丙烯酸乙酯單體以一定比例混合聚合反應，與離子液體溶解度好的聚丙烯酸乙酯與離子液體形成一個連續相，而與離子液體溶解度差的聚丙烯腈也單獨形成一個連續相，雙連續相的存在使得離子凝膠的力學性能得到顯著的提升。從而得到兼顧優異的力學性能和濕度不敏感的雙重優勢。所用離子液體的含量越高，材料的電導率越高，離子液體用量的提高也會使得離子凝膠材料的強度和模量有所下降，但拉伸性會有所增強。因此，將離子液體用量設計在前述范圍內。
12、優選的，所述交聯劑包括三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯；所述交聯劑和聚合物單體的質量比為(0.05-0.3):1；更優選的，所述交聯劑和聚合物單體的質量比為0.3:1。
13、優選的，所述引發劑包括(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦；所述引發劑和聚合物單體的質量比為(0.003-0.007):1；更優選的，所述引發劑和聚合物單體的質量比為0.005:1。
14、對于本專利技術材料而言，不同交聯劑的含量直接影響離子凝膠材料的交聯度，其中交聯度越高，分子鏈之間的纏結更緊密，材料的強度和模量會變高，但拉伸性會有所下降、變脆。因此本專利技術在達到濕度不敏感的前提下，為得到優異的力學性能設計前述引發劑用量。
15、優選的，所述聚合反應條件為：光源功率6-10w，功率密度500-700mj/cm2，波長365nm，光照聚合時間40min-2h；更優選的，所述聚合反應條件為：光源功率8w，功率密度600mj/cm2，波長365nm本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器，其特征在于，所述對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器包括離子凝膠層、電極層和封裝層；
2.如權利要求1所述對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器，其特征在于，所述離子凝膠層的制備方法包括：
3.如權利要求2所述對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器，其特征在于，所述聚合物單體中，丙烯酸乙酯單體和丙烯腈單體的質量比為5:5-2:8；
4.如權利要求2所述對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器，其特征在于，所述交聯劑包括三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯；所述交聯劑和聚合物單體的質量比為(0.05-0.3):1。
5.如權利要求2所述對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器，其特征在于，所述引發劑包括(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦；所述引發劑和聚合物單體的質量比為(0.003-0.007):1。
6.如權利要求2所述對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器，其特征在于，所述聚合反應條件為：光源功率6-10w，波長365nm，光照聚合時間40min-2h。
7.如權利要求1所述對濕度不敏感的離
8.如權利要求1-7中任意一項所述對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
9.如權利要求1-7中任意一項所述對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器在健康監測、可穿戴設備、機器人觸覺、虛擬現實領域中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器，其特征在于，所述對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器包括離子凝膠層、電極層和封裝層；
2.如權利要求1所述對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器，其特征在于，所述離子凝膠層的制備方法包括：
3.如權利要求2所述對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器，其特征在于，所述聚合物單體中，丙烯酸乙酯單體和丙烯腈單體的質量比為5:5-2:8；
4.如權利要求2所述對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器，其特征在于，所述交聯劑包括三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯；所述交聯劑和聚合物單體的質量比為(0.05-0.3):1。
5.如權利要求2所述對濕度不敏感的離電型柔性壓力傳感器，其特征在于，所述引發劑包括(2,...
【專利技術屬性】
技術研發人員：郭傳飛，謝賽，石君利，
申請(專利權)人：賽感科技深圳有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。