石墨烯基复合材料传感器及其物理涂抹制备方法和应用技术

一种石墨烯基复合材料传感器及其物理涂抹制备方法和应用，属于传感器技术领域。该石墨烯基复合材料传感器的物理涂抹制备方法是将柔性基体和固化剂加入有机溶剂中，固化，得到柔性材料薄膜；将石墨烯采用涂抹的方法多次涂抹在柔性材料薄膜表面；去除柔性材料薄膜表面的易脱落石墨烯，封装，得到石墨烯基复合材料传感器。该方法简单、易操作，能够解决石墨烯与柔性基体材料混合分散不均匀以及溶液浸泡法，喷涂法粘附性差的问题。相比较于传统的将石墨烯填充到柔性基体材料中共混的办法，达到同一电阻，石墨烯的质量分数从5％降低到0.1％。相比较于溶液浸泡法，从8％降低到0.1％。0.1％。0.1％。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯基复合材料传感器及其物理涂抹制备方法和应用


[0001]本专利技术属于传感器
，尤其涉及一种石墨烯基复合材料传感器及其物理涂抹制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，柔性纳米复合材料制备的传感器在可穿戴电子产品中的潜在应用受到了工业界和学术界的广泛关注，尤其是在人工智能、电子皮肤等领域有着不可或缺的重要意义。其中，石墨烯作为一种新兴的填料，受到了专家学者广泛的关注。石墨烯是一种sp2杂化的单层碳原子六元环密集排列形成的新型二维碳材料，单层石墨烯2004年被成功分离制备以来，由于其具备超大的理论比表面积，良好的导热性，高电子迁移率，优异的机械性能等一系列独特的性质，被广泛应用于材料、环境、电子等各个领域。
[0003]现有的柔性纳米复合材料是通过纳米复合材料与柔性基体结合，将柔性基体高可拉伸性，可灵活弯曲扭转可覆盖面积大以及石墨烯的高导电性、高灵敏的优点的相结合，进而制备出兼顾二者优异性能的传感器。
[0004]石墨烯填充到聚合物基体中是一种常见的方法，通过聚合物框架的限制，让石墨烯均匀的分散，可以一定程度上抑制石墨烯片层的堆叠。但由于石墨烯大的比表面积以及片层之间较强的范德华力及π
‑
π堆垛等原因，石墨烯片层容易发生堆叠团聚，从而使得材料层数变多，厚度增大，失去作为二维纳米材料的独特性质，极大地限制了石墨烯的应用。除此之外，也有采用其他方法，比如溶液浸泡法，喷涂法来制备柔性电子传感器，但其粘附性已成为阻碍其发展的主要原因。已经有实验制备出一种致密的石墨烯纸，该纸中的导电的石墨烯纳米片能够很好地堆叠起来，已被证明具有稳定的电化学性能，在平衡离子通道和利用石墨离子存储区域方面具有更大的优势。但是由于石墨烯纳米纸无法达到很高的拉伸性能，还需要进一步的进行具体的研究。
[0005]因此，有必要开发一种新技术来解决石墨烯在柔性基体材料中分散不均匀、粘接性能差的问题，并且制备的复合材料具备高灵敏性、导电性以及快速的响应时间以及高疲劳耐久性十分必要。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术的目的是提供一种石墨烯基复合材料传感器及其物理涂抹制备方法和应用，石墨烯基复合材料传感器的物理涂抹制备方法，简单、易操作，能够解决导电纳米材料与柔性基体材料混合分散不均匀以及溶液浸泡法，喷涂法粘附性差的问题。
[0007]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0008]本专利技术的一种石墨烯基复合材料传感器的物理涂抹制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1：备料
[0010]准备柔性基体、固化剂、石墨烯、有机溶剂；
[0011]S2：柔性材料薄膜
[0012]将柔性基体和固化剂加入有机溶剂中，固化，得到柔性材料薄膜；
[0013]S3：物理涂抹
[0014]将石墨烯采用涂抹的方法多次涂抹在柔性材料薄膜表面；
[0015]S4：封装
[0016]去除柔性材料薄膜表面的易脱落石墨烯，封装，得到石墨烯基复合材料传感器。
[0017]所述的S1中，可选的，石墨烯的制备方法不局限于一种。优选为所述的石墨烯为采用热膨胀
‑
超声法制备的石墨烯；其方法为：将石墨粉置于700
±
50℃膨胀20
±
5s，将膨胀后的产物置于丙酮溶液中，室温下超声震荡5
±
0.5h，再烘干，即为本专利技术采用的石墨烯。
[0018]进一步的，所述的S1中，所述的柔性基体优选为环氧树脂、硅橡胶基体中的一种，其根据柔性复合材料的基体性能要求选择。固化剂根据柔性基体选择，其比例根据实际要求配制。
[0019]所述的硅橡胶选用聚二甲基硅氧烷，外观是半透明的颜色，硬度20
±
2邵尔、硅橡胶基体和固化剂混合的质量比为1：1、动力粘度为8000
±
2000mpa.s、拉伸强度4.7
±
0.5MPa，撕裂强度20
±
2KN/m，伸长率520
±
100，密度1.05克/立方厘米，固化时间为20
‑
40min，硫化时间3
‑
5h(25℃)或20
‑
30min(60℃)，浅缩水率≤0.1；
[0020]进一步的，柔性材料薄膜为将柔性基体和固化剂加入有机溶剂得到的混合物在涂膜机上摊开，固化，有助于根据需要的厚度进行灵活的调节，通常采取的厚度为0.5mm、0.8mm、1mm等；
[0021]进一步的，石墨烯的质量分数通过涂抹前后的柔性材料薄膜的质量变化进行计算，石墨烯的质量分数等于柔性材料薄膜涂抹石墨烯前后的质量之差除以柔性材料薄膜涂抹石墨烯后的质量。
[0022]进一步的，所述的S1中，有机溶剂根据柔性基体材料选择，优选为正己烷、环己烷、甲苯中一种。
[0023]所述的S3中，每次涂抹量优选为以石墨烯在柔性材料薄膜均匀平铺一层。
[0024]所述的S3中，涂抹次数，根据制备的石墨烯基复合材料传感器所需电阻的大小而定。一般灵敏度要求高的，电阻较大，涂抹次数较少。灵敏度小的，电阻较小，涂抹次数较多。
[0025]所述的S4中，去除柔性材料薄膜表面的易脱落石墨烯采用通风的方法，通风时间为2
‑
3h。
[0026]所述的S4中，封装为将去除易脱落石墨烯的柔性材料薄膜，通过导电胶连接导线后，在两侧的表面覆盖一层保护膜。
[0027]所述的S4中，保护膜优选为PU膜。
[0028]本专利技术是将石墨烯少量多次的均匀涂抹在柔性材料薄膜的表面，形成二维的石墨烯网络，该石墨烯纳米片层层堆叠于柔性材料薄膜的表面，得到具备高灵敏性、导电性以及快速的响应时间以及高疲劳耐久性的石墨烯基复合材料传感器。
[0029]本专利技术的一种石墨烯基复合材料传感器，通过以上物理涂抹制备方法制得。柔性基体材料的内部结构没有受到破坏，所以力学性能可以保持原有的材料特性，断裂伸长率未受影响，弯曲扭转灵敏度强。低质量分数的石墨烯就可以得到高导电性，灵敏性优异，响应迅速，耐久性强的石墨烯基复合材料传感器。
[0030]所述的石墨烯基复合材料传感器，其断裂伸长率根据采用的柔性基体材料确定，
当石墨烯占石墨烯基复合材料传感器的质量百分比为0.1％，其测得的电阻为18
‑
25MΩ，灵敏度最高可达1000，响应时间小于0.3s，可以经受住2万次以上的疲劳拉伸实验。
[0031]本专利技术的一种石墨烯基复合材料传感器的应用，将石墨烯基复合材料传感器的导线连接信号采集系统，所述的信号采集系统连接计算机，计算机上设置有电阻波动变化监测软件。
[0032]本专利技术的石墨烯基复合材料传感器及其物理涂抹制备方法和应用，其有益效果为：
[0033]1.本专利技术的石墨烯用量减少。通过少量多次将石墨烯涂抹在柔性材料薄膜表面的方法，可以有效的减少石墨烯的用量。相比较于传统的将石墨烯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯基复合材料传感器的物理涂抹制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：备料准备柔性基体、固化剂、石墨烯、有机溶剂；S2：柔性材料薄膜将柔性基体和固化剂加入有机溶剂中，固化，得到柔性材料薄膜；S3：物理涂抹将石墨烯采用涂抹的方法多次涂抹在柔性材料薄膜表面；S4：封装去除柔性材料薄膜表面的易脱落石墨烯，封装，得到石墨烯基复合材料传感器。2.根据权利要求1所述的石墨烯基复合材料传感器的物理涂抹制备方法，其特征在于，所述的石墨烯为采用热膨胀
‑
超声法制备的石墨烯。3.根据权利要求1所述的石墨烯基复合材料传感器的物理涂抹制备方法，其特征在于，所述的S1中，所述的柔性基体为环氧树脂、硅橡胶基体中的一种，其根据柔性复合材料的基体性能要求选择；所述的固化剂根据柔性基体选择，其比例根据实际要求配制。4.根据权利要求1所述的石墨烯基复合材料传感器的物理涂抹制备方法，其特征在于，柔性材料薄膜是在涂膜机上摊开固化制得。5.根据权利要求1所述的石墨烯基复合材料传感器的物理涂抹制备方法，其特征在于，石墨烯的质量分数通过涂抹前后的柔性材料薄膜的质量变化进行计算，石墨烯的质量分数等于柔性材料薄膜涂抹石墨烯前后的质量之差除以柔性材料薄膜涂抹石墨烯后的质量。6.根据权利要求1所述的石墨烯基复合材料传感器的物理涂抹制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆实，冯媛媛，王向明，周志强，吴斌，张业伟，韩森森，王朔，刘建邦，王英波，姬书得，陆豪杰，刘代强，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：