【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及柔性传感器，具体为一种高灵敏、超柔软的硅胶弹性体应变传感器及其制备方法。
技术介绍
1、基于超柔软电子材料的应变传感器因其优异的顺应性及与软组织相匹配的模量，在模拟生物系统传感行为、检测生命体征、改善人机交互、以及赋予柔性机器人本体和外部传感上有着极强的不可替代性而备受关注。具有本征柔性和拉伸性的材料，如水凝胶、离子弹性体、硅胶弹性体等已引起了大量的研究关注。其中，水凝胶与离子弹性体内部有高含量的水或昂贵的离子液体，极大的限制了其使用环境。而硅胶弹性体具有优异的稳定性，生物相容性，很好的弥补了水凝胶和离子弹性体的不足，成为应用最为广泛的材料之一。硅胶弹性体的导电性依赖于高掺杂量的导电填料(cnt，炭黑，金属，纳米银等)形成的导电网络，然而，填料在反复拉伸循环过程中难以避免的产生滑移，导致不稳定的电子输运路径。更重要的是，由于缺乏导电网络的结构设计，目前基于超柔软材料(水凝胶、离子凝胶、硅胶弹性体)制备的应变传感器灵敏度机制仅依赖于材料的泊松效应，在材料发生较大的形变时才会产生显著的电阻变化，因此灵敏度普遍较低。提高超柔软应变传感器的灵敏度对于准确传递电信号以及在软机械的形状检测和力学传感上具有至关重要的意义，而现存研究技术尚未能有效实现。
2、材料具有对微小应变高敏感的导电结构是柔性传感器具有超高灵敏度的关键。受生物裂纹状狭缝器官的启发，制备含导电功能层的多层结构传感器并在导电层引入微裂纹结构被认为是提高传感器应变灵敏度的有效途径。大量工作报道了相关研究并形成了专利技术。如，利用溅射沉积(专利cn114
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高灵敏、超柔软的硅胶弹性体应变传感器及其制备方法。将导电填料/异丙醇的水相分散液与硅胶预聚物/环己烷/硅油的油性分散液均匀混合，利用水油相分离及低沸点水相溶剂的挥发，驱动导电填料在硅胶基体上自组装成裂纹导电层，导电层底部与硅胶基体形成嵌入互锁的层间界面结构。与此同时，沉积到下层的硅油被封填在交联固化的硅胶基体内部，作为硅胶分子链间的润滑剂降低链段在形变时的摩擦耗能，使材料表现出高度的柔软和弹性特性。该制备方法充分利用导电层的裂纹传导机制、基体层的硅油润滑效应以及层间嵌入互锁结构的强界面结合，使获得的硅胶弹性体应变传感器具有高灵敏度、高柔软特性以及优异的循环稳定性，在人体运动监测、柔性执行器、人机交互等方面具有广阔应用前景。
2、本专利技术的目的可以通过以下方案来实现：
3、第一方面，本专利技术提供一种高灵敏、超柔软的硅胶弹性体应变传感器，所述传感器包括自上而下依次层叠设置的柔性封装层、裂纹导电层、柔性基体层。
4、作为本专利技术的一个实施方案，裂纹导电层两端分别设置有导电银浆，每个导电银浆的上表面设置有导线，裂纹导电层两端还分别与导线连接。本专利技术以导电银浆为原料打印出导线(即导电线条)。
5、进一步地，裂纹导电层的长度小于柔性基体层的长度。
6、本专利技术中，裂纹导电层两端分别连接的导线的一端，导线的另一端分别连接电极。
7、作为本专利技术的一个实施方案，所述裂纹导电层与柔性基体层通过嵌入互锁的层间界面结构连接。
8、在一些实施例中，导电填料纳米炭和石墨烯，构成裂纹导电层。
9、作为本专利技术的一个实施方案，所述柔性基体层包含有硅胶聚合物分子链(即硅胶弹性体)、硅油；硅油填充在交联的硅胶聚合物分子链内部，构成柔性基体层。
10、作为本专利技术的一个实施方案，所述裂纹导电层由导电填料在溶剂挥发的驱动作用下于气液界面自组装所形成。
11、作为本专利技术的一个实施方案，所述导电填料包含所有可以在异丙醇溶剂中分散且具有自组装特性的纳米填料。
12、进一步地，所述导电填料包括碳纳米管(纳米炭)、石墨烯、mxene、导电碳黑中的至少一种。
13、作为本专利技术的一个实施方案，所述柔性基体层为填充硅油的硅胶弹性体，所述硅胶弹性体由端乙烯基硅油、氢化硅油、铂基karstedt催化剂经化学交联而成。
14、进一步地，所述端乙烯基硅油的粘度为20000～60000cps；氢化硅油的氢含量为0.2～0.5％，粘度为200～800cps；铂基karstedt催化剂纯度为500～5000ppm。
15、作为本专利技术的一个实施方案，所述填充的硅油的粘度为300～800cps。
16、作为本专利技术的一个实施方案，所述导线层为导电线条，所述导电线条设置在裂纹导电层两端。
17、作为本专利技术的一个实施方案，所述柔性封装层采用的柔性材料包括pdms、pet、硅胶、pu、医用胶带及以上材料的改性产物。
18、第二方面，本专利技术提供一种高灵敏、超柔软的硅胶弹性体应变传感器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
19、步骤s1：将导电填料分散在异丙醇溶剂中，加入分散助剂，超声分散后得到导电组分悬浮液；
20、步骤s2：将端乙烯基硅油与氢化硅油搅拌均匀，得到硅胶预聚物；将硅胶预聚物加入硅油/环己烷的混合溶剂中，搅拌，获得硅胶预聚物溶液；
21、步骤s3：将步骤s1所述的导电组分悬浮液，倒入步骤s2所述的硅胶预聚物溶液中，经搅拌后，加入铂基karstedt催化剂，将混合液倒入模具中静置，形成具有上下分层结构的导电硅胶弹性体；所述导电硅胶弹性体的上层结构为裂纹导电层，导电硅胶弹性体的下层结构为柔性基体层；
22、步骤s4：在裂纹导电层两端分别倒入导电银浆，以导电银浆为原料打印出导线，将裂纹导电层两端分别相连导线的一端，导线另一端引出；用柔性材料封装导线以及裂纹导电层，获得高灵敏、超柔软的硅本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高灵敏、超柔软的硅胶弹性体应变传感器，其特征在于，所述传感器包括自上而下依次层叠设置的柔性封装层、裂纹导电层、柔性基体层。
2.根据权利要求1所述的硅胶弹性体应变传感器，其特征在于，裂纹导电层两端分别设置有导电银浆，每个导电银浆的上表面设置有导线，裂纹导电层两端还分别与导线连接。
3.根据权利要求1所述的硅胶弹性体应变传感器，其特征在于，所述裂纹导电层由导电填料在溶剂挥发的驱动作用下于气液界面自组装所形成，所述导电填料包括碳纳米管、石墨烯、Mxene、导电碳黑中的至少一种，所述溶剂包括异丙醇。
4.根据权利要求1所述的硅胶弹性体应变传感器，其特征在于，所述柔软基底层为填充硅油的硅胶弹性体，所述硅胶弹性体由端乙烯基硅油、氢化硅油、铂基Karstedt催化剂经化学交联而成；其中，端乙烯基硅油的粘度为20000～60000cps；氢化硅油的氢含量为0.2～0.5％，粘度为200～800cps；铂基Karstedt催化剂纯度为500～5000ppm；填充的硅油的粘度为300～800cps。
5.根据权利要求1所述的硅胶弹性体应变传感
6.一种如权利要求1-5中任一项所述高灵敏、超柔软的硅胶弹性体应变传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，分散助剂包括水系表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、胆酸钠、十六烷基溴化铵中的至少一种；分散助剂占异丙醇溶剂的0.02～0.2wt％。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，导电组分悬浮液的固含量为0.05～5wt％。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，端乙烯基硅油与氢化硅油的质量比为8-15：1，硅油/环己烷混合溶剂中的硅油与环己烷的混合比例为体积比6～1.5：1，硅胶预聚物与硅油/环己烷混合溶剂的用量比为1g：4～12ml，硅油/环己烷的混合溶剂中的硅油为二甲基硅油。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，导电组分悬浮液与硅胶预聚物溶液的体积比为1～3：1。
...【技术特征摘要】
1.一种高灵敏、超柔软的硅胶弹性体应变传感器，其特征在于，所述传感器包括自上而下依次层叠设置的柔性封装层、裂纹导电层、柔性基体层。
2.根据权利要求1所述的硅胶弹性体应变传感器，其特征在于，裂纹导电层两端分别设置有导电银浆，每个导电银浆的上表面设置有导线，裂纹导电层两端还分别与导线连接。
3.根据权利要求1所述的硅胶弹性体应变传感器，其特征在于，所述裂纹导电层由导电填料在溶剂挥发的驱动作用下于气液界面自组装所形成，所述导电填料包括碳纳米管、石墨烯、mxene、导电碳黑中的至少一种，所述溶剂包括异丙醇。
4.根据权利要求1所述的硅胶弹性体应变传感器，其特征在于，所述柔软基底层为填充硅油的硅胶弹性体，所述硅胶弹性体由端乙烯基硅油、氢化硅油、铂基karstedt催化剂经化学交联而成；其中，端乙烯基硅油的粘度为20000～60000cps；氢化硅油的氢含量为0.2～0.5％，粘度为200～800cps；铂基karstedt催化剂纯度为500～5000ppm；填充的硅油的粘度为300～800cps。
5.根据权利要求1所述的硅胶弹性...
【专利技术属性】
技术研发人员：李智军，张藤心，赵树弥，汤燕，夏海生，李国欣，
申请(专利权)人：合肥综合性国家科学中心人工智能研究院安徽省人工智能实验室，
类型：发明
国别省市：
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