【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于傳感器，具體涉及一種通過體電容策略實現高靈敏、低漂移的離電式壓力傳感器及其制備方法和應用。
技術介紹
1、近年來，隨著健康監測設備的便攜化與傳感設備應用的多元化發展，柔性壓力傳感器作為一類重要的信息采集器件便得到廣泛的應用。它具有類似于人類皮膚的特性，通過覆蓋在任意的載體表面測量受力信息，從而感知目標對象的性質特征并將接收的信息按一定規律轉化為電信號或其他信號輸出，為物聯網基礎的發展提供強有力的保障。相比于傳統的剛性傳感器，柔性壓力傳感器因其良好的延展性、柔韌性，使得其在復雜曲面上應用時展現出更大的優勢，從剛性到柔性的突破，極大地拓展了傳感器的應用場景。
2、柔性電容型壓力傳感器因其高漂移穩定性和結構簡單的優勢，在高性能傳感
受到了廣泛關注。然而，這類傳感器在寬壓力范圍或高壓力條件下表現出靈敏度較低，容易達到飽和狀態，嚴重限制了它們在極端環境下的應用潛力。為了解決傳感器靈敏度低和信噪比低的問題，近年來，一種新型的“離-電”式柔性壓力傳感器應運而生，通過在電極和離子導體在接觸時形成雙電層，從而在界面處產生較大的單位面積電容，使得離電式壓力傳感器的靈敏度相較于傳統的電容型壓力傳感器上升數個數量級。不僅如此，由于其制備成本低、工藝簡單、形變靈活等特點，也被廣泛地應用在健康監測、可穿戴式電子設備、人機交互、虛擬現實、軟體機器人等新興領域中。
3、對于現有的離電式柔性壓力傳感器而言主要分為以下兩類：第一種為基于離子凝膠基的柔性壓力傳感器；另一種為基于聚離子彈性體基的柔性壓力傳感器，兩者在不同的應
4、對于離子凝膠基的柔性壓力傳感器而言：離子凝膠是由聚合物網絡和電解質離子組成的材料，其電導率隨著離子濃度和分布的變化而變化。當施加壓力時，離子凝膠的結構和離子分布會發生改變，從而影響其電容，傳感器再通過測量這些電學變化來確定施加的壓力。離子凝膠基的離電型壓力傳感器往往具有更好的器件靈敏度與信噪比，尤其是傳感器在檢測微小壓力時信號變化較為明顯。不僅如此，由于離子材料與聚合物網絡之間沒有化學鍵間的連接，離子在聚合物基質中具有的遷移速度，也使得其具有較高的靈敏度。然而，離子凝膠中通常含有大量的液態電解質。其結構較為松散，電解質離子以液態存在，長時間的負荷會使離子遷移和材料的流動性增加，導致顯著的材料蠕變。離子凝膠材料發生蠕變會導致傳感材料的幾何形狀發生變化，例如厚度變化、尺寸變形等。這種幾何變化會直接影響傳感器的電容測量原理，從而導致信號漂移，使得其無法實現對壓力的精準反饋，大幅降低了其實際應用價值。除此之外，離子凝膠材料在高壓的條件下可能會產生離子液體的泄漏，不僅會導致傳感器失效或對周圍環境產生影響，還會造成一定的生物相容性的問題。
5、對于聚離子彈性體基的柔性壓力傳感器而言：聚離子彈性體是一類將陰離子和陽離子中的一種或兩種固定在分子鏈上的聚合物材料。由于部分或全部離子固定在分子鏈上，此類材料在低溫條件下的電導率通常較低，同樣也可能限制了離子的自由移動性，電學響應較慢，從而大幅降低器件靈敏度。但是，聚離子彈性體通常比離子凝膠的蠕變小，這是因為聚離子彈性體是由彈性聚合物網絡和離子導電成分組成。其結構通常包括高度交聯的聚合物網絡，這種交聯結構提供了良好的機械強度和彈性，使材料在受到長期負荷時變形較小。不僅如此，離子被固定在分子鏈上使得離子的遷移受到限制，這減少了材料內部的自由流動性，從而也降低了功能材料的蠕變，這也為離電式柔性壓力傳感器具有無漂移的特點提供了可能。這種網絡結構將離子牢牢鎖定在聚合物鏈上，形成穩定的固態結構，離子的移動性受限，這種固態結構比含有大量液態電解質的離子凝膠更不容易在外力作用下發生遷移或滲漏。因此，可以準確的反饋壓力信息，廣泛應用于人機交互、可穿戴醫療設備等需要精準測量的
6、對于兩類的離電型柔性壓力傳感器而言，均存在一定的優點和缺陷。離子凝膠基的離電型壓力傳感器具有高靈敏、高信噪比的特性，但容易發生傳感信號漂移和離子泄漏等問題，造成傳感信號的不準確，不能用于長期的靜態壓力測量。聚離子彈性體基的離電型壓力傳感器具有不漏液和低蠕變的特點，使得離電式壓力傳感器具有信號無漂移的特點，可以用于長期穩定、準確的反饋壓力信息，但基于此類的傳感器往往不太靈敏，具有較低的靈敏度和分辨率，導致檢測精度較低，不適合用于需要高精度和高靈敏度的應用，如生物醫學傳感、精密制造和科學研究等。
7、因此，如何同時實現離電式壓力傳感器的高靈敏和低漂移就成為該領域研究的重中之重，也是本領域技術人員亟待解決的技術問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種基于環氧基團的離電復合材料的制備方法，包括以下步驟：將材料a、材料b和材料c在溶劑中分散均勻；將所得分散液揮發溶劑后，經固化得到基于環氧基團的離電復合材料；其中，材料a為具有環氧基團的離子液體，包括環氧基離子液體1和/或環氧基離子液體2；材料b包括有機多胺化合物或聚醚胺；材料c為導電填料。
2、在一優選的實施方式中，所述材料b包括三(2-氨基乙基)胺和/或2,2’-(乙烯二氧)雙(乙胺)，所述材料c包括碳納米管和/或羧基修飾的碳納米管。
3、在一優選的實施方式中，所述材料a和材料b的摩爾比為2：(0.5-2)，所述材料c為材料a質量的2％-5％；優選的，所述材料a和材料b的摩爾比為2：1，所述材料c為材料a質量的3％-4％。
4、在一優選的實施方式中，所述溶劑為有機溶劑；優選的，所述有機溶劑包括丙酮；更優選的，所述材料a和溶劑的用量比為3mmol：(10-200)g；最優選的，所述材料a和溶劑的用量比為3mmol：(20-100)g。
5、在一優選的實施方式中，為提高材料a、材料b和材料c在溶劑中分散效果，可采用超聲分散1-2h。
6、在一優選的實施方式中，所述固化包括光固化或熱固化；優選的，所述熱固化溫度為70-80℃，所述熱固化時間為1-2h。
7、在一優選的實施方式中，所述環氧基離子液體1由以下方法制備得到：
8、s1將咪唑、碳酸氫鈉、4-溴-1-丁烯溶解在乙腈中，加熱回流，反應完成后，抽濾、旋蒸，得到粗產物；用二氯甲烷和萃取劑提純粗產物；在提純后的產物中滴加litfsi濃溶液，直至無油狀沉淀產生，吸出上層水相，用去離子水萃取雜質后，除去殘留水分；制備環氧基離子液體1中步驟s1的反應路徑如式i所示。
9、
10、s2將步驟s1的反應產物與間氯過氧苯甲酸在乙腈中溶解，室溫反應一段時間，過濾、旋蒸，得到粗產物；用乙醚提純粗產物，即得環氧基離子液體1；制備環氧基離子液體1中步驟s2的反應路徑如式ii所示。
11、
12、進一步優選的，步驟s1中，所述咪唑、碳酸氫鈉、4-溴-1-丁烯的摩爾比為1：(0.8-1.2)：(1.7-2.55)；優選的，所述咪唑、碳酸氫鈉、4-溴-1-丁烯的摩爾比為1：1：2.1本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于環氧基團的離電復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將材料A、材料B和材料C在溶劑中分散均勻；將所得分散液揮發溶劑后，經固化得到基于環氧基團的離電復合材料；其中，材料A為具有環氧基團的離子液體，包括環氧基離子液體1和/或環氧基離子液體2；材料B包括有機多胺化合物或聚醚胺；材料C為導電填料。
2.如權利要求1所述基于環氧基團的離電復合材料的制備方法，其特征在于，所述材料B包括三(2-氨基乙基)胺和/或2,2’-(乙烯二氧)雙(乙胺)，所述材料C包括碳納米管和/或羧基修飾的碳納米管；
3.如權利要求1所述基于環氧基團的離電復合材料的制備方法，其特征在于，所述環氧基離子液體1由以下方法制備得到：
4.如權利要求3所述基于環氧基團的離電復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述咪唑、碳酸氫鈉、4-溴-1-丁烯的摩爾比為1：(0.8-1.2)：(1.7-2.55)。
5.如權利要求3所述基于環氧基團的離電復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述步驟S1的反應產物與間氯過氧苯甲酸的摩爾比為1：(3.2-4.8)
6.如權利要求1所述基于環氧基團的離電復合材料的制備方法，其特征在于，所述環氧基離子液體2由以下方法制備得到：
7.如權利要求6所述基于環氧基團的離電復合材料的制備方法，其特征在于，所述咪唑、碳酸鈉、環氧氯丙烷和LiTFSI濃溶液的用量比為1mmol：(1.6-2.4)mmol：(1.6-2.4)mmol：(0.23-0.34)g。
8.如權利要求1-7任意一項所述方法制備得到的基于環氧基團的離電復合材料。
9.一種高靈敏、低漂移的離電式壓力傳感器，其特征在于，包括傳感器材料層、電極層和封裝層，其中，所述傳感器材料層包括權利要求8所述基于環氧基團的離電復合材料，所述封裝層包括PDMS薄膜，所述電極層包括PI/Cu復合薄膜。
10.如權利要求9所述高靈敏、低漂移的離電式壓力傳感器在人機交互、可穿戴醫療設備領域中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種基于環氧基團的離電復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將材料a、材料b和材料c在溶劑中分散均勻；將所得分散液揮發溶劑后，經固化得到基于環氧基團的離電復合材料；其中，材料a為具有環氧基團的離子液體，包括環氧基離子液體1和/或環氧基離子液體2；材料b包括有機多胺化合物或聚醚胺；材料c為導電填料。
2.如權利要求1所述基于環氧基團的離電復合材料的制備方法，其特征在于，所述材料b包括三(2-氨基乙基)胺和/或2,2’-(乙烯二氧)雙(乙胺)，所述材料c包括碳納米管和/或羧基修飾的碳納米管；
3.如權利要求1所述基于環氧基團的離電復合材料的制備方法，其特征在于，所述環氧基離子液體1由以下方法制備得到：
4.如權利要求3所述基于環氧基團的離電復合材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述咪唑、碳酸氫鈉、4-溴-1-丁烯的摩爾比為1：(0.8-1.2)：(1.7-2.55)。
5.如權利要求3所述基于環氧基團的離電復合材料的制...
【專利技術屬性】
技術研發人員：郭傳飛，達冰旭，石君利，謝賽，
申請(專利權)人：賽感科技深圳有限公司，
類型：發明
國別省市：
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