CN109160972B - 一种具有力电响应的弹性体及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于柔性传感器材料领域，公开了一种具有力电响应的弹性体及其制备方法和应用。将对苯乙烯磺酸钠、丙烯腈、交联剂和引发剂依次溶解于有机溶剂中，惰性气氛下保温反应，得到预聚物，然后将预聚物进行冷冻干燥处理，完全移除有机溶剂后得到具有力电响应的弹性体。本发明的制备方法工艺简单，过程可控性好，重复性高，制得的弹性体具有很好的力学回弹性，同时有非常优异和稳定的力电响应性，具有较大的推广价值。

Description

一种具有力电响应的弹性体及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于柔性传感器材料领域，具体涉及一种具有力电响应的弹性体及其制备方法和应用。
背景技术
传统的电子应变传感器大多数基于金属和半导体材料，其便携性、柔韧性和可穿戴性差，柔性应变传感器克服了易脆的缺点，并且具有较好的可压缩、可拉伸性以及可穿戴性和连续检测的优势。因此，人们期望能开发一种具有良好的柔韧性的电子应变传感器材料。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种具有力电响应的弹性体的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的具有力电响应的弹性体。
本发明的再一目的在于提供上述具有力电响应的弹性体在实时电信号监测中的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种具有力电响应的弹性体的制备方法，包括如下制备步骤：
将对苯乙烯磺酸钠(NaSS)、丙烯腈(AN)、交联剂和引发剂依次溶解于有机溶剂中，惰性气氛下保温反应，得到预聚物，然后将预聚物进行冷冻干燥处理，完全移除有机溶剂后得到具有力电响应的弹性体。
优选地，所述有机溶剂选自二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)、乙二醇二甲醚中的至少一种。
优选地，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。
优选地，所述引发剂为热引发剂或者光引发剂，更优选为过硫酸铵(APS)。
优选地，上述制备方法中，各组分质量比为对苯乙烯磺酸钠:丙烯腈:交联剂:引发剂为(10～20):(60～80):(4～6):(0.5～1)，溶解于有机溶剂的固含量为10～15w/v％(g/mL)。
优选地，所述惰性气氛是指氮气气氛。
优选地，所述保温反应的温度为40～60℃，保温反应的时间为60～120min。
优选地，上述制备方法中，在保温反应前还可加入抗氧化剂、抗菌剂等添加剂。
优选地，所述冷冻干燥的温度为-80～-20℃，时间为36～48h。
一种具有力电响应的弹性体，通过上述方法制备得到。
上述具有力电响应的弹性体在实时电信号监测中的应用。
本发明的原理为：与PVDF相比，PAN具有更大的偶极矩，偶极矩的大小将直接影响高分子材料的压电性能，偶极矩越大，压电性能才可能越好。
相对于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：
本发明的制备方法工艺简单，过程可控性好，重复性高，制得的弹性体具有很好的力学回弹性，同时有非常优异和稳定的力电响应性，具有较大的推广价值。
附图说明
图1是实施例2制备的具有力电响应的弹性体的循环压缩应力-应变图；
图2是实施例2制备的具有力电响应的弹性体的导出电压图；
图3是实施例2制备的具有力电响应的弹性体的导出电流图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
将对苯乙烯磺酸钠、丙烯腈、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸铵(APS)按照质量比为10:60:4:0.5，固含量为10w/v％依次溶于DMSO中，N2气氛下40℃保温反应60min，然后通过冷冻干燥，冷冻干燥的温度为-80℃，冷冻干燥时间为36h，得到具有力电响应的弹性体。
实施例2
将对苯乙烯磺酸钠、丙烯腈、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸铵(APS)按照质量比为15:70:5:0.75，固含量为12.5w/v％依次溶于DMSO中，N2气氛下50℃保温反应90min，然后通过冷冻干燥，冷冻干燥的温度为-50℃，冷冻干燥时间为42h，得到具有力电响应的弹性体。
本实施例所得具有力电响应的弹性体的循环压缩应力-应变图如图1所示。所得具有力电响应的弹性体的导出电压图和导出电流图分别如图2和图3所示。由图1～3的结果可以看出加入具有力电响应的弹性体的回弹性非常优异，每次的应力-应变回滞曲线基本重合而且回滞环非常小；电压输出值和电流输出值也可以很好的表明具有力电响应的弹性体的稳定的电压和电流输出。
实施例3
将对苯乙烯磺酸钠、丙烯腈、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸铵(APS)按照质量比为20:80:6:1，固含量为15w/v％依次溶于DMSO中，N2气氛下60℃保温反应120min，然后通过冷冻干燥，冷冻干燥的温度为-20℃，冷冻干燥时间为48h，得到具有力电响应的弹性体。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有力电响应的弹性体的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：
将对苯乙烯磺酸钠、丙烯腈、交联剂和引发剂依次溶解于有机溶剂中，惰性气氛下保温反应，得到预聚物，然后将预聚物进行冷冻干燥处理，完全移除有机溶剂后得到具有力电响应的弹性体。
2.根据权利要求1所述的一种具有力电响应的弹性体的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂选自二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙二醇二甲醚中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种具有力电响应的弹性体的制备方法，其特征在于：所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；所述引发剂为热引发剂或者光引发剂。
4.根据权利要求3所述的一种具有力电响应的弹性体的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵。
5.根据权利要求1所述的一种具有力电响应的弹性体的制备方法，其特征在于：各组分质量比为对苯乙烯磺酸钠:丙烯腈:交联剂:引发剂为(10～20):(60～80):(4～6):(0.5～1)，溶解于有机溶剂的固含量为10～15w/v％。
6.根据权利要求1所述的一种具有力电响应的弹性体的制备方法，其特征在于：所述保温反应的温度为40～60℃，保温反应的时间为60～120min。
7.根据权利要求1所述的一种具有力电响应的弹性体的制备方法，其特征在于：所述制备方法中，在保温反应前还加入抗氧化剂或抗菌剂。
8.根据权利要求1所述的一种具有力电响应的弹性体的制备方法，其特征在于：所述冷冻干燥的温度为-80～-20℃，时间为36～48h。
9.一种具有力电响应的弹性体，其特征在于：通过权利要求1～8任一项所述的方法制备得到。
10.权利要求9所述的具有力电响应的弹性体在实时电信号监测中的应用。
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