一种无纺织物基柔性压力传感器的制备方法技术

一种无纺织物基柔性压力传感器的制备方法是以聚丙烯非织造布、丙烯酸、硫酸亚铁铵、浓硫酸、乙醇、蒸馏水、0代的聚丙烯亚胺、偶联剂、N,N

【技术实现步骤摘要】
一种无纺织物基柔性压力传感器的制备方法


[0001]本专利技术属于碳纳米材料
，具体涉及一种无纺织物基柔性压力传感器的制备方法。

技术介绍

[0002]随着可穿戴电子器件、健康监测和智能机器人等领域的迅速发展，柔性压力/应变传感器作为重要部件也引起了各研究领域的极大兴趣。柔性压力/应变传感器根据其工作机制可以简单地分为压阻/电阻式、电容式、压电式和摩擦电式。其中，压阻/电阻式柔性压力/应变传感器的工作机制是将外部施加压力/应变转变成电阻信号，具有结构简单、制备成本低、灵敏度高和信号收集方便等优势，因此获得到了更为广泛的应用。而在压阻/电阻式柔性压力/应变传感器的发展当中，新型传感材料的制备一直都占据着重要的地位。
[0003]最近，碳纳米材料如碳纳米管在压力/应变传感材料的制备中获得了越来越多的应用。碳纳米材料主要作为导电材料与其它材料结合，通过各种方式如分散混合、铸涂等制备具有压力/应变传感性能的复合碳纤维薄膜，通过冷冻干燥、浸渍涂覆等方式制备复合碳气凝胶，通过浸渍、喷涂等方式将碳纳米材料负载到纤维或纱线上。然而，利用浸渍或喷涂等方式将碳纳米材料负载到纱线上，难以保证纳米碳材料的均匀固载和材料在循环加载/卸载过程中能稳定留着纱线上。将碳纳米材料分散在聚乙烯醇中，再沾涂到纱线表面，虽然增加了碳材料的固载均匀性，然而碳纳米材料只作为纱线的壳层，纱线能够获得的导电性有限，不利于应变传感器灵敏度的提高。而且，为了提高线状传感器的应变性能，所用纱线一般采用合成聚合物，如聚氨酯等。这些合成聚合物往往需要依赖石油资源，缺乏可再生性和可持续性。更为重要的是，这些线性传感器只能作为应变传感器，不能作为压力传感器使用。
[0004]目前将碳纳米材料负载到纱线上，依旧存在均匀性差，循环稳定性差，导电性不好，不利于应变传感器灵敏度的提高，而聚合物虽能提高线状传感器的应变性能，但浪费石油资源，且缺乏再生性和可持续，并且该传感器只能作为应变传感器，不能作为压力传感器，而传统压力传感器也存在器件响应慢，有迟滞的情况。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于一种无纺织物基柔性压力传感器的制备方法。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种无纺织物基柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，它是以聚丙烯非织造布、丙烯酸、硫酸亚铁铵、浓硫酸、乙醇、蒸馏水、0代的聚丙烯亚胺(PPI)、偶联剂、N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、羧基化的碳纳米管、聚氨酯纤维、银纳米线为原材料，经过聚丙烯熔喷无纺纤维表面羧基化处理、聚丙烯熔喷无纺纤维表面接枝聚丙烯亚胺树枝状大分子样品的制备、聚丙烯熔喷无纺纤维表面化学接枝碳纳米管、银纳米线包覆聚氨酯纤维电极制备、传感器单元和16
×
16传感器矩阵的制作步骤制得。
[0008]进一步，所述0代的聚丙烯亚胺(PPI)以乙二胺为内核，周围分布氨基表面官能团的结构，分子量为516.68，结构式为：
[0009][0010]所述偶联剂为2
‑
(7
‑
偶氮苯并三氮唑)
‑
N,N,N',N'
‑
四甲基脲六氟磷酸酯(HATU)，结构式为：
[0011][0012]上述0代的聚丙烯亚胺(PPI)购于美国Sigma
‑
Aldrich公司，上述2
‑
(7
‑
偶氮苯并三氮唑)
‑
N,N,N',N'
‑
四甲基脲六氟磷酸酯(HATU)购于上海吉尔生化公司，均属于常规市场上可购买的产品。
[0013]进一步，所述聚丙烯熔喷无纺纤维表面羧基化处理，是取聚丙烯非织造布依次置于蒸馏水、1mol/L氢氧化钠溶液和无水乙醇中进行清洗，重复清洗3～5次去除杂质，清洗结束置于温度为45～55℃，真空度为
‑
0.05～
‑
0.08MPa真空干燥箱中，干燥至恒重，置于适宜容器中，加入混合溶液浸泡24～30小时，然后向混合溶液中通入纯度为99.99％的氮气，持续通入20～25分钟，除去氧气，然后使用剂量为20
‑
80kGy的高能电子束进行辐照5
‑
15分钟，反应结束，取出聚丙烯非织造布，依次用蒸馏水、无水乙醇清洗3～5次，清洗结束，置于温度为45～55℃，真空度为
‑
0.05～
‑
0.08MPa真空干燥箱中，干燥至恒重，即得到羧基化聚丙烯非织造布(PP
‑
g
‑
AA)；所述混合溶液是由丙烯酸、硫酸亚铁铵、浓硫酸、乙醇和蒸馏水组成，其质量比为5：5：2：38：50，所述浸泡过程，混合溶液需淹过聚丙烯非织造布0.5～1cm。
[0014]进一步，所述聚丙烯熔喷无纺纤维表面接枝聚丙烯亚胺树枝状大分子样品的制备，是取质量分数为20％的0代的聚丙烯亚胺/甲醇混合溶液，加入到N,N
‑
二甲基甲酰胺中混合均匀，得到0代的聚丙烯亚胺/N,N
‑
二甲基甲酰胺混合溶液，备用；所述0代的聚丙烯亚胺/甲醇混合溶液与N,N
‑
二甲基甲酰胺的体积比为0.03:10，所述0代的聚丙烯亚胺/N,N
‑
二甲基甲酰胺混合溶液中0代的聚丙烯亚胺的浓度为10
‑3mol/L；另取2
‑
(7
‑
偶氮苯并三氮唑)
‑
N,N,N',N'
‑
四甲基脲六氟磷酸酯(HATU)加入到制备的0代的聚丙烯亚胺/N,N
‑
二甲基甲酰胺混合溶液中，超声处理5～10min，使得溶液混合均匀；另称取干燥的表面羧基化处理后的聚丙烯无纺纤维，加入到含有0代的聚丙烯亚胺(PPI)、N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)及2
‑
(7
‑
偶氮苯并三氮唑)
‑
N,N,N',N'
‑
四甲基脲六氟磷酸酯(HATU)的混合溶液中，充分浸渍，然后放置于温度20～25℃的干燥器中，反应4～5h，反应结束，将聚丙烯纤维过滤出后分别用N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)以及蒸馏水洗涤3～5次，然后将聚丙烯纤维在温度为45～55℃，真空度为
‑
0.05～
‑
0.08MPa真空干燥箱中干燥12～15h，即得聚丙烯纤维表面接枝PPI树枝状大分子后的样品；所述2
‑
(7
‑
偶氮苯并三氮唑)
‑
N,N,N',N'
‑
四甲基脲六氟磷酸酯(HATU)与0代的聚丙烯亚胺/N,N
‑
二甲基甲酰胺混合溶液的质量体积比为5:30，单位为mg/ml，所述表面羧基化处理后的聚丙烯无纺纤维与聚丙烯亚胺/N,N
‑
二甲基甲酰胺混合溶液的质量体积比为100:30，单位为mg/ml本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无纺织物基柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，它是以聚丙烯非织造布、丙烯酸、硫酸亚铁铵、浓硫酸、乙醇、蒸馏水、0代的聚丙烯亚胺、偶联剂、N,N
‑
二甲基甲酰胺、羧基化的碳纳米管、聚氨酯纤维、银纳米线为原材料，经过聚丙烯熔喷无纺纤维表面羧基化处理、聚丙烯熔喷无纺纤维表面接枝聚丙烯亚胺树枝状大分子样品的制备、聚丙烯熔喷无纺纤维表面化学接枝碳纳米管、银纳米线包覆聚氨酯纤维电极制备、传感器单元和16
×
16 传感器矩阵的制作步骤制得。2.如权利要求1所述的一种无纺织物基柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯熔喷无纺纤维表面羧基化处理，是取聚丙烯非织造布依次置于蒸馏水、1mol/L氢氧化钠溶液和无水乙醇中进行清洗，重复清洗3~5次去除杂质，清洗结束置于温度为45~55℃，真空度为
‑
0.05~
‑
0.08MPa真空干燥箱中，干燥至恒重，置于适宜容器中，加入混合溶液浸泡24~30小时，然后向混合溶液中通入纯度为99.99%的氮气，持续通入20~25分钟，除去氧气，然后使用剂量为20
‑
80kGy的高能电子束进行辐照5
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15分钟，反应结束，取出聚丙烯非织造布，依次用蒸馏水、无水乙醇清洗3~5次，清洗结束，置于温度为45~55℃，真空度为
‑
0.05~
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0.08MPa真空干燥箱中，干燥至恒重，即得到羧基化聚丙烯非织造布；所述混合溶液是由丙烯酸、硫酸亚铁铵、浓硫酸、乙醇和蒸馏水组成，其质量比为5：5：2：38：50，所述浸泡过程，混合溶液需淹过聚丙烯非织造布0.5~1cm。3.如权利要求2所述的一种无纺织物基柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯熔喷无纺纤维表面接枝聚丙烯亚胺树枝状大分子样品的制备，是取质量分数为20%的0代的聚丙烯亚胺/甲醇混合溶液，加入到N,N
‑
二甲基甲酰胺中混合均匀，得到0代的聚丙烯亚胺/N,N
‑
二甲基甲酰胺混合溶液，备用；所述0代的聚丙烯亚胺/甲醇混合溶液与N,N
‑
二甲基甲酰胺的体积比为0.03:10，所述0代的聚丙烯亚胺/N,N
‑
二甲基甲酰胺混合溶液中0 代的聚丙烯亚胺的浓度为10
‑3mol/L；另取2
‑
(7
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偶氮苯并三氮唑)
‑
N,N,N',N'
‑
四甲基脲六氟磷酸酯加入到制备的0代的聚丙烯亚胺/N,N
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二甲基甲酰胺混合溶液中，超声处理 5~10min，使得溶液混合均匀；另称取干燥的表面羧基化处理后的聚丙烯无纺纤维，加入到含有0代的聚丙烯亚胺、N,N
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二甲基甲酰胺及2
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(7
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偶氮苯并三氮唑)
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N,N,N',N'
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四甲基脲六氟磷酸酯的混合溶液中，充分浸渍，然后放置于温度20~25℃的干燥器中，反应4~5h，反应结束，将聚丙烯纤维过滤出后分别用 N,N
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二甲基甲酰胺以及蒸馏水洗涤3~5次，然后将聚丙烯纤维在温度为45~55℃，真空度为
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【专利技术属性】
技术研发人员：李颖，廖小青，宋洪桥，连锴，李璐，
申请(专利权)人：重庆文理学院，
类型：发明
国别省市：