【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于导电高分子复合材料，具体涉及一种具有双重微结构的柔性压力传感器及其制备方法。
技术介绍
1、柔性压力传感器在工业自动化、医疗保健、航空航天等许多领域中无处不在，在人类生活中发挥着愈发重要的作用。因此对柔性压力传感器性能的要求也逐渐严格，柔性应变传感器被期望具有高灵敏度以检测类似脉搏、肌肉运动等微弱压力；同时，柔性应变传感器也应当具有宽的压力监测范围以实现足压、胎压等大压力的检测，然而各种压力传感性能之间的矛盾以及材料本身的物理和化学性能限制阻碍了柔性压力传感器的进一步发展。
2、柔性压力传感器的结构一般分为电极层和传感层，相应的，柔性压力传感器的组成分为基底材料、传感材料和电极材料。近年来研究者们做了大量的工作，通过对柔性压力传感器的电极或传感层进行结构设计以提高其压力敏感性能。但是这些设计通常仅对某一项传感性能有增强作用，因此急需一种方法来全面提升柔性压力传感器的压力响应性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种具有双重微结构的柔性压力传感器及其制备方法，在一个柔性压力传感器中同时集成了多孔结构与表面微凸起结构，实现其压力敏感性能的全面提升。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种具有双重微结构的柔性压力传感器，其通过以下制备方法获得，步骤如下：
4、1)将高分子溶液加入具有双重微结构的模板中以获得具有集成微结构的基体；
5、2)将基体放入导电填料溶液中超声处理获得导电高
6、3)将导电高分子复合材料与叉指电极组装获得所述柔性压力传感器。
7、进一步，步骤1)中，所述具有双重微结构的模板是由具有半球形凹陷的模板和方糖组成，所述方糖置于具有半球形凹陷的模板上方。
8、所述具有半球形凹陷的模板的半球直径为200-800微米，半球间距为40-160微米。优选的，所述半球直径为500微米，半球间距为100微米。
9、所述的模板可以选择ptfe(聚四氟乙烯)模板。
10、进一步，将高分子溶液加入置有模板的容器中，然后将容器于真空中排出模板中的气泡，之后加热待高分子溶液完全固化，所述的高分子溶液为选自pdms(聚二甲基硅氧烷，polydimethylsiloxane)与固化剂、ecoflex、热塑性聚氨酯、聚乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-聚异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物或聚酯醚弹性体中的至少一种。
11、进一步，所述的高分子溶液优选pdms与固化剂质量比为5-20：1的混合物，比例更进一步优选为10:1。
12、其后，将倒入高分子溶液的容器在真空中放置2小时，以排出模板内部的气泡，随后在80℃静置2小时进行固化。上述时间和温度都可以根据情况进行调整，只要实现相应的效果即可。
13、排出模板气泡时真空度可以保持在0.07mpa，时间优选为2h，这个过程还可以加速高分子溶液渗入微结构模板的缝隙中。
14、所述的容器可以选择聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，简称pmma)容器。
15、高分子溶液固化后从容器中取出，去除方糖模板，得到具有表面微凸起结构的高分子多孔海绵基体，即具有集成微结构的基体。
16、具体的，可以采用温水清洗的方式去除方糖模板，一般清洗1-5次，优选3-5次。
17、进一步，步骤2)中所述导电填料溶液的溶质可选择cnts、cb、石墨烯、mxene、金属纳米线或纳米颗粒中的至少一种。
18、优选的，本专利技术步骤2)中所述导电填料溶液选择cnts和/或cb的溶液，溶质cnts和cb的质量比为0-2：0-2，且两者不同时为0。
19、进一步，溶质cnts：cb质量比可分别为0：1、1：2、1：1、2：1、1：0，优选为1：1。
20、当高分子材料选择pdms时，溶剂优选为环己烷，可以很好的实现对pdms的溶胀作用。
21、所述导电填料溶液的浓度优选为4-7mg/ml，可在70℃条件下超声1h进行超声溶胀。
22、进一步，步骤2)中的导电高分子复合材料可以在乙醇溶液中再次超声2分钟，以去除表面结合不牢固的导电填料。
23、最后，将导电高分子复合材料具有微凸起结构的一侧与叉指电极进行面对面组装。
24、组装后，将导线与叉指电极两侧电极连接可以输出电阻信号。
25、本专利技术通过使用方糖和半球形凹槽双模板法制备了具有表面微半球凸起的pdms(也可以选用其他适合制作柔性压力传感器的现有高分子材料)多孔海绵，然后通过溶胀超声法在多孔海绵表面及内部构筑了炭黑(carbon black，简称cb)/碳纳米管(carbonnanutubes，简称cnts)导电网络(也可以采用其他导电材料)，最后通过将微凸起侧与叉指电极面对面组装获得了柔性压力传感器。本专利技术通过集成多孔和表面微凸起双重微结构来同时提升柔性压力传感器的灵敏度与压力响应范围。本专利技术制备的柔性压力传感器同时具备远超350kpa的响应范围、7.10kpa-1的高灵敏度以及对不同压力良好的循环响应性能；可以用于人体生物信号的检测以及摩斯密码的识别；结合多通道检测设备，可以实现对不同坐姿的识别。
26、本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
27、本专利技术制备获得的柔性压力传感器同时具有多孔和表面微凸起双重微结构，双重微结构的协同作用使该压力传感器同时具有宽的压力响应范围(超过350kpa)、高灵敏度(7.10kpa-1)、低滞后性、超过2000次压缩循环的优异长期使用性能；该压力传感器可以实现对小物体压力检测、人体生物信号采集和摩斯密码传输；同时通过结合多通道检测设备，可以实现坐姿的检测与识别。
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1.一种具有双重微结构的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤如下：
2.如权利要求1所述的具有双重微结构的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述具有双重微结构的模板是由具有半球形凹陷的模板和方糖组成，所述方糖置于具有半球形凹陷的模板上方。
3.如权利要求2所述的具有双重微结构的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述具有半球形凹陷的模板的半球直径为200-800微米，半球间距为40-160微米。
4.如权利要求1所述的具有双重微结构的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，将高分子溶液加入置有模板的容器中，将容器在真空中放置以排出模板内部的气泡，之后加热待高分子溶液完全固化。
5.如权利要求4所述的具有双重微结构的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述的高分子溶液为PDMS与固化剂质量比为5-20:1的均匀混合物。
6.如权利要求4所述的具有双重微结构的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，高分子溶液固化后从容器中取出，去除方糖模板，得到具有表面微凸起结构的高分子多孔海绵基体。
7.
8.如权利要求7所述的具有双重微结构的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，溶质CNTs和CB的质量比为1:1，溶液的浓度为4-7mg/mL，在70W的条件下进行超声溶胀。
9.如权利要求1所述的具有双重微结构的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，将导电高分子复合材料具有微凸起结构的一侧与叉指电极进行面对面组装。
10.权利要求1-9任一制备方法获得的柔性压力传感器。
...【技术特征摘要】
1.一种具有双重微结构的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤如下：
2.如权利要求1所述的具有双重微结构的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述具有双重微结构的模板是由具有半球形凹陷的模板和方糖组成，所述方糖置于具有半球形凹陷的模板上方。
3.如权利要求2所述的具有双重微结构的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述具有半球形凹陷的模板的半球直径为200-800微米，半球间距为40-160微米。
4.如权利要求1所述的具有双重微结构的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，将高分子溶液加入置有模板的容器中，将容器在真空中放置以排出模板内部的气泡，之后加热待高分子溶液完全固化。
5.如权利要求4所述的具有双重微结构的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述的高分子溶液为pdms与固化剂质量比为5-20:1的均匀混合物。
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