一种基于石墨烯碳纳米管复合膜传感器的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯碳纳米管复合膜传感器的制备方法及应用，本发明专利技术采用制备石墨烯碳纳米管复合膜并与银电极聚酰亚胺膜粘合制成复合膜传感器；本发明专利技术采用在欲测量的物体表面选定测量点，打印树脂胶支架，将三片复合膜传感器围绕测量点粘贴在树脂支架上；当欲测量的物体发生蠕动，该蠕动传递至复合膜传感器，监测复合膜传感器电阻值的变化，经过计算，即可获得欲测量物体表面的各个方向的应力应变值，实现对物体表面应力应变的测量。具有灵敏度高、测量精确度高的优点。

Preparation and application of graphene based carbon nanotube composite membrane sensor

The invention discloses a preparation method and application of a composite film sensor based on graphene carbon nanotubes. The composite film sensor is prepared by preparing a composite film of graphene carbon nanotubes and bonding it with a silver electrode polyimide film. Three composite film sensors are attached to the resin scaffold around the measuring point, and when the object to be measured creeps, the creep is transmitted to the composite film sensor to monitor the change of resistance value of the composite film sensor. Strain measurement. It has the advantages of high sensitivity and high accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯碳纳米管复合膜传感器的制备方法及应用
本专利技术涉及应力应变测量
，尤其是一种基于石墨烯碳纳米管复合膜传感器的制备方法及应用。
技术介绍
随着测量技术的发展，对测量技术的要求也越来越高，测量的范围越来越广泛，从宏观的太空测量到微观的纳米级测量，加之新材料如雨后春笋快速发展，科学实验中常需要测量环境与新材料之间相关的物理特性关系，需检测到材料细微的变化，为此，小型柔性传感器在测量领域逐渐展现出其独特的优越性。存在的问题是，现有的常规的检测量具已经无法满足科技发展需求，采用传感器结合检测仪器的测量，并通过电脑或单片机进行数据处理的测量方式已获得科技界的青睐，为此，针对不同的检测环境及检测对象设计出有针对性的传感器，将是降低测量成本、提高测量精度的有效途径。
技术实现思路
本专利技术专利的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于石墨烯碳纳米管复合膜传感器的制备方法及应用，本专利技术采用制备石墨烯碳纳米管复合膜并与银电极聚酰亚胺膜粘合制成复合膜传感器；本专利技术采用在欲测量的物体表面选定测量圆点，打印树脂胶支架，将三片复合膜传感器围绕测量圆点粘贴在树脂支架上；当欲测量的物体发生蠕动，该蠕动传递至复合膜传感器，监测复合膜传感器电阻值的变化，经过计算，即可获得欲测量面的各个方向的应力应变值，实现对物体表面应力应变的测量。具有结构简单、灵敏度高、测量精确度高的优点。实现本专利技术目的的具体技术方案是：一种基于石墨烯碳纳米管复合膜的制备方法，其特点包括如下步骤：a)、配比混合溶液在烧杯中加入石墨烯0.2～1克、碳纳米管0.05～0.25克及无水乙醇250～750毫升，形成未搅拌溶液；将未搅拌溶液放置在超声波搅拌仪中搅拌，持续时间60分，形成混合溶液；b)、真空抽滤法制备初始薄膜将混合溶液倒入抽滤瓶的滤纸上方，开启真空抽滤机，在抽滤瓶滤纸的下方抽真空，真空度0.098兆帕，抽真空时间60-120秒，混合溶液在滤纸上方沉积形成初始薄膜；c)、形成复合材料薄膜用丙酮将附着在初始薄膜上的滤纸溶去，形成复合材料薄膜；d)、在聚酰亚胺膜上生长银电极选取聚酰亚胺膜0.8×0.4cm2；分别用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗、烘干；将聚酰亚胺膜放入4摩尔的氢氧化钾溶液中常温浸泡，时间180分；取出后用去离子水清洗，去除膜表面的钾离子，烘干；将聚酰亚胺膜放入0.01～0.05摩尔的银氨溶液中，浸泡时间20分；取出后使用去离子水清洗，去除膜表面的银离子；在聚酰亚胺膜表面上打印掩模图案，用双氧水还原聚酰亚胺膜的表面，用丙酮溶液清除打印墨粉形成银电极；在银电极上连接导线，烘干；形成银电极聚酰亚胺膜；e)、形成石墨烯碳纳米管复合膜传感器选取步骤c)形成的复合材料薄膜，剪切为0.8×0.4cm2的薄片，覆盖在银电极聚酰亚胺膜上，通过耐高温聚酯膜将复合材料薄膜与银电极聚酰亚胺膜粘合，形成复合膜传感器。一种基于石墨烯碳纳米管复合膜传感器在测量物体表面应变的应用，具体包括如下步骤：f)、3D打印树脂材料支架在欲测量的物体表面选定测量点，用3D打印树脂胶，沿测量点呈放射线打印三条夹角为120°的树脂胶支架，待树脂胶支架自然固化；g)、粘贴复合膜传感器将三片复合膜传感器围绕测量点粘贴，且使每片复合膜传感器的两端粘贴在两条相邻的树脂支架上；h)、复合膜传感器的测量在复合膜传感器的银电极上连接应变检测仪，给欲测量的物体施加外力，测量点及周边发生蠕动，蠕动经树脂支架传递至复合膜传感器，复合膜传感器发生变形导致电阻值变化，通过应变检测仪读取对应复合膜传感器电阻值的变化，经过计算，即可获得欲测量物体测量点的各个方向的应力应变值。本专利技术采用制备石墨烯碳纳米管复合膜并与银电极聚酰亚胺膜粘合制成复合膜传感器；本专利技术采用在欲测量的物体表面选定测量圆点，打印树脂胶支架，将三片复合膜传感器围绕测量圆点粘贴在树脂支架上；当欲测量的物体发生蠕动，该蠕动传递至复合膜传感器，监测复合膜传感器电阻值的变化，经过计算，即可获得欲测量面各个方向的应力应变值，实现对物体表面应力应变的测量。具有结构简单、灵敏度高、测量精确度高的优点。附图说明图1为石墨烯碳纳米管复合膜传感器的测量状态示意图；图2为石墨烯碳纳米管复合膜传感器变形前后的对比示意图。具体实施方式实施例一种基于石墨烯碳纳米管复合膜的制备方法，包括如下步骤：a)、配比混合溶液在烧杯中加入石墨烯0.2克、碳纳米管0.05克及无水乙醇250毫升形成未搅拌溶液；将未搅拌溶液放置在超声波搅拌仪中搅拌，持续时间60分，形成混合溶液；b)、真空抽滤法制备初始薄膜将混合溶液倒入抽滤瓶的滤纸上方，开启真空抽滤机，在抽滤瓶滤纸的下方抽真空，真空度0.098兆帕，抽真空时间90秒，混合溶液在抽滤瓶滤纸上方沉积形成初始薄膜；c)、形成复合材料薄膜用丙酮将附着在初始薄膜上的滤纸溶去，形成复合材料薄膜；d)、在聚酰亚胺膜上生长银电极选取聚酰亚胺膜0.8×0.4cm2；分别用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗、烘干；将聚酰亚胺膜放入4摩尔的氢氧化钾溶液中常温浸泡，时间180分；取出后用去离子水清洗，去除膜表面的钾离子，烘干；将聚酰亚胺膜放入0.02摩尔的银氨溶液中，浸泡时间20分；取出后使用去离子水清洗，去除膜表面的银离子；将聚酰亚胺膜贴在打印纸上，在聚酰亚胺膜表面上打印掩模图案，用双氧水还原聚酰亚胺膜的表面，用丙酮溶液清除打印墨粉形成银电极；在银电极上连接导线，烘干；形成银电极聚酰亚胺膜；e)、形成石墨烯碳纳米管复合膜传感器选取步骤c)形成的复合材料薄膜，剪切为0.8×0.4cm2的薄片，覆盖在银电极聚酰亚胺膜上，通过耐高温聚酯膜将复合材料薄膜3与银电极聚酰亚胺膜4粘合，形成复合膜传感器。参阅图1-2，一种基于石墨烯碳纳米管复合膜传感器的应用，包括如下步骤：f)、3D打印树脂材料支架在欲测量的物体表面选定测量圆点，用3D打印树脂胶，沿圆点呈放射线打印三条夹角为120°的树脂胶支架6，待树脂胶支架6自然固化；g)、粘贴复合膜传感器将三片复合膜传感器5围绕测量圆点粘贴，且使每片复合膜传感器的两端粘贴在两条相邻的树脂支架6上；h)、复合膜传感器的测量在复合膜传感器5的银电极上连接应变检测仪，给欲测量的物体施加外力，此时，测量圆点周边发生蠕动，该蠕动经树脂支架6传递至复合膜传感器5，复合膜传感器5发生变形导致电阻值变化，通过应变检测仪读取对应复合膜传感器5电阻值的变化，经过计算，即可获得欲测量测量面圆各个方向的应力应变值，采用复合膜传感器的测量过程完成。平面应力测量及计算原理：将三片复合膜传感器测得的三个形变值εa，εb，εc代入以下方程组：解得εx和εy是xy平面上的应力的两个正交分量，这三者即确定了物体在xy平面上受到的最终应力大小及方向。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯碳纳米管复合膜传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：a）、配制混合溶液在烧杯中加入石墨烯0.2～1克、碳纳米管0.05～0.25克及无水乙醇250～750毫升，形成未搅拌溶液；将未搅拌溶液放置在超声波搅拌仪中搅拌，持续时间60分，形成混合溶液；b）、真空抽滤法制备初始薄膜将混合溶液倒入抽滤瓶的滤纸上方，开启真空抽滤机，在抽滤瓶滤纸的下方抽真空，真空度0.098兆帕，抽真空时间60‑120秒，混合溶液在滤纸上方沉积形成初始薄膜；c）、形成复合材料薄膜用丙酮将附着在初始薄膜上的滤纸溶去，形成复合材料薄膜；d）、在聚酰亚胺膜上生长银电极选取一片聚酰亚胺膜，分别用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗、烘干；将聚酰亚胺膜放入4摩尔的氢氧化钾溶液中常温浸泡，时间180分；取出后用去离子水清洗，去除膜表面的钾离子，烘干；将聚酰亚胺膜放入0.01～0.05摩尔的银氨溶液中，浸泡时间20分；取出后使用去离子水清洗，去除膜表面的银离子；在聚酰亚胺膜表面上打印掩模图案，用双氧水还原聚酰亚胺膜的表面，用丙酮溶液清除打印墨粉形成银电极；在银电极上连接导线，烘干；形成银电极聚酰亚胺膜；e）、形成石墨烯碳纳米管复合膜传感器选取步骤c）形成的复合材料薄膜，剪切成与银电极聚酰亚胺膜尺寸相同；覆盖在银电极聚酰亚胺膜上，通过耐高温聚酯膜将复合材料薄膜与银电极聚酰亚胺膜粘合，形成所述复合膜传感器。...

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯碳纳米管复合膜传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：a）、配制混合溶液在烧杯中加入石墨烯0.2～1克、碳纳米管0.05～0.25克及无水乙醇250～750毫升，形成未搅拌溶液；将未搅拌溶液放置在超声波搅拌仪中搅拌，持续时间60分，形成混合溶液；b）、真空抽滤法制备初始薄膜将混合溶液倒入抽滤瓶的滤纸上方，开启真空抽滤机，在抽滤瓶滤纸的下方抽真空，真空度0.098兆帕，抽真空时间60-120秒，混合溶液在滤纸上方沉积形成初始薄膜；c）、形成复合材料薄膜用丙酮将附着在初始薄膜上的滤纸溶去，形成复合材料薄膜；d）、在聚酰亚胺膜上生长银电极选取一片聚酰亚胺膜，分别用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗、烘干；将聚酰亚胺膜放入4摩尔的氢氧化钾溶液中常温浸泡，时间180分；取出后用去离子水清洗，去除膜表面的钾离子，烘干；将聚酰亚胺膜放入0.01～0.05摩尔的银氨溶液中，浸泡时间20分；取出后使用去离子水清洗，去除膜表面的银离子；在聚酰亚胺膜表面上打印掩模图案，用双氧水还原聚酰亚胺膜的表面，用丙酮溶液清除打...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴幸，李乾昊，樊天意，田希悦，黄淳，张健，张金洁，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31