CN110330794A - 一种用于柔性传感器中的压敏复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于柔性传感器中的压敏复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110330794A
CN110330794A CN201910277175.XA CN201910277175A CN110330794A CN 110330794 A CN110330794 A CN 110330794A CN 201910277175 A CN201910277175 A CN 201910277175A CN 110330794 A CN110330794 A CN 110330794A
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite material
pressure sensitive
conducting particles
sensitive composite
parts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910277175.XA
Other languages
English (en)
Inventor
徐志望
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaoxing University Yuanpei College
Original Assignee
Shaoxing University Yuanpei College
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaoxing University Yuanpei College filed Critical Shaoxing University Yuanpei College
Priority to CN201910277175.XA priority Critical patent/CN110330794A/zh
Publication of CN110330794A publication Critical patent/CN110330794A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • C08K3/041Carbon nanotubes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34Silicon-containing compounds
    • C08K3/36Silica
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00Use of pretreated ingredients
    • C08K9/04Ingredients treated with organic substances
    • C08K9/06Ingredients treated with organic substances with silicon-containing compounds
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/02Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/06Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00Specific properties of additives
    • C08K2201/001Conductive additives
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00Specific properties of additives
    • C08K2201/011Nanostructured additives

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及传感器领域,公开了一种用于柔性传感器中的压敏复合材料及其制备方法。一种用于柔性传感器中的压敏复合材料,以重量份计,包括硅橡胶350‑450份,导电粒子25‑100份,纳米改性材料5‑20份,助剂15‑40份,溶剂85‑115份,导电粒子包括炭黑和碳纳米管。其制备方法为:将导电粒子和纳米改性材料分散在助剂中形成分散液;在分散液中加入硅橡胶,搅拌均匀后得到混合液;将混合液真空干燥后即得压敏复合材料。本发明采用炭黑和碳纳米管共同作为导电粒子,炭黑/碳纳米管在硅橡胶中并用能够起到协同增强的作用,导电粒子的导电性、稳定性和复合材料的力学性能都有较大提高,具有更高的感知灵敏度,压力感知范围得以提高。

Description

一种用于柔性传感器中的压敏复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及传感器领域,尤其是涉及一种柔性传感器中的压敏复合材料及其制备方法。
背景技术
随着科学技术和现代化水平的提升,人们对压力的监测要求越来越高,不再局限于对规整刚性表面的压力监测,形式也多种多样,普通的刚性传感器已无法达到人们的实际需求。柔性压力传感器由于其可随意弯曲甚至折叠,体积小,厚度薄,柔性材料基本无毒无害,与人体具有良好的相容性,近年来在医疗设备,智能机器人仿生皮肤,可穿戴设备等领域得到了大量的研究与应用。
压敏硅橡胶是由导电粒子填充于硅橡胶基体中,经一系列工艺复合加工而成。使绝缘性的高分子材料硅橡胶能够获得一定的导电性,其次由于硅橡胶自身良好的柔韧性,回弹性,耐高低温,耐溶剂,良好的生理惰性,易于加工等特点,使得压敏硅橡胶在柔性传感器领域得到了广泛的应用。
现有技术中,一般采用在硅橡胶中添加炭黑作为导电粒子来制备压敏复合材料,例如,在中国专利文献上公开的“一种柔性压敏炭黑/硅橡胶复合材料及其制备方法”,其公告号CN105419333A,由以下重量份的原料制备而成的:炭黑导电剂5-15份、硅橡胶基体100份、PVP-k30 2-5份、纳米级有机粘土DK4 2-5份和交联剂2-4份,其中炭黑导电剂为SuperP,硅橡胶基体为单组份室温硫化模具硅橡胶,交联剂为硅烷偶联剂Si-69或硅烷偶联剂KH-550。
但使用炭黑作为导电粒子加入硅橡胶中制得的压敏复合材料,其机械性能和导电性能都有限,因此使用此种压敏复合材料的柔性传感器响应范围较小,测量范围达不到使用要求;且因为炭黑的比表面积越大,表面能越大,所以炭黑容易形成团聚,分散性差,从而对复合材料的导电性能和压阻性能会带来负面影响。
发明内容
本发明的第一个发明目的是为了克服现有技术中用炭黑作为导电粒子加入硅橡胶中制得的压敏复合材料,其机械性能和导电性能都有限,使用此种压敏复合材料的柔性传感器响应范围较小,测量范围达不到使用要求的问题,提供一种柔性传感器中的压敏复合材料及其制备方法,提高压敏复合材料的机械性能和导电性能,从而使在传感器应用中,可具有更大的测量范围。
本发明的第二个发明目的是为了克服现有技术中使用炭黑作为压敏硅橡胶中的导电粒子时,因为炭黑的比表面积越大,表面能越大,所以炭黑容易形成团聚,分散性差,从而影响压敏复合材料的导电性能和压阻性能的问题,提供一种用于柔性传感器中的压敏复合材料及其制备方法,提高压敏复合材料中导电粒子的分散性,以提高压敏复合材料的整体性能。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种用于柔性传感器中的压敏复合材料,以重量份计,包括硅橡胶350-450份,导电粒子25-100份,纳米改性材料5-20份,助剂15-40份,溶剂85-115份,导电粒子包括炭黑和碳纳米管。
从原理上分析,任何高分子聚合物中掺杂导电粒子都将具有一定的导电性从而具有一定的压敏性能。但是不同的基体材料,不同的导电粒子,不同的制备工艺等因素都会对复合材料的压敏性能产生较大影响,即便是同样的基体和导电粒子,不同的质量比。最终的复合材料的压敏性能都可能会有较大的差距。
本发明选用硅橡胶作为基体材料,因为硅橡胶具有优异的电气绝缘性能和耐老化性能,机械强度高,弹性好,耐紫外光,耐臭氧,耐酸碱,使用温度范围宽,且安全无毒,与人体具有良好相容性,优异的可加工性能,在面向柔性电子器件和可穿戴器件的需求下,具有、广阔的应用前景。
导电粒子是压敏复合材料的重要组分,导电粒子自身的特性,如种类、粒径、形态、在复合材料中的填充量都将直接影响复合材料的压敏性能。本发明采用炭黑和碳纳米管共同作为导电粒子,由于碳纳米管较大的长径比,相对较短的硅橡胶分子链,炭黑/碳纳米管在硅橡胶中并用能够起到协同增强的作用。炭黑与碳纳米管能够形成类似“葡萄串”结构,碳纳米管可看作是梗,具有将炭黑链接固定的作用,而硅橡胶分子链作为导电网络链的骨架,与“葡萄串”状结构相互交错,形成一种稳定的补强结构。由于碳纳米管较大的长径比,碳纳米管在体系中可以起到远程导电的作用,而炭黑一方面可以起到近程导电的作用,同时也能够将相邻的碳纳米管连接起到“桥接”的作用。这种整体的补强结构,对复合体系的导电性,稳定性和复合材料的力学性能都有一定的影响。相比单一的体系,这种力学性能的提升,点线结构的导电网络,具有更高的感知灵敏度,在一定的压力范围内,导电通道的数量得以增多,压力感知范围得以提高。
由于硅橡胶固有的粘弹性,使得基于导电硅橡胶的柔性压力传感器的静态特性和动态特性表现不尽如人意,而纳米材料具有量子效应、小尺寸效应、隧道效应等特点,能够与高分子链产生键合作用,以提高复合材料的机械性能,因此本发明在压敏复合材料中加入纳米改性材料,使得压敏复合材料的静态和动态特性得到较大改善。
溶剂的用量对压敏复合材料的性能也有较大的影响,当添加量过小,压敏复合材料的粘度过大,导电粒子无法得到充分的分散,复合材料的压敏性能会受到较大影响;添加量过大时,过量的溶剂分散的待固化的复合材料中,影响材料的固化速度和最终成型材料的收缩率,因此溶剂的用量需要严格控制。
作为优选,以重量份计,导电粒子包括炭黑20-75份,碳纳米管5-25份。采用该比例混合而成的导电粒子能更好的形成“葡萄串”结构,从而与硅橡胶分子链相互交错,形成一种更为稳定的补强结构。
作为优选,导电粒子为表面改性的导电粒子,其制备方法包括以下步骤:
(1)将导电粒子分散在硝酸溶液中,振荡反应2-3h后过滤,用水洗涤至中性,60-70℃干燥12-24h;
(2)将所得产物溶于氯化亚砜中,加入N,N-二甲基甲酰胺后在50-60℃下反应12-24h;
(3)将所得产物分散在乙二醇中,100-120℃下回流反应20-30h;
(4)将所得产物与4-二甲胺基吡啶、三乙胺和CHCl3混合,氮气保护下加入2-溴异丁基酰溴的氯仿溶液,0-4℃下搅拌1-2h后继续在室温下反应20-30h;
(5)所得溶液用氯仿稀释过滤,反复洗涤后于50-60℃下干燥10-20h;
(6)将干燥后的产物与五甲基二乙烯三胺、CuBr及N,N-二甲基甲酰胺混合,氮气保护下加入乙烯基吡咯烷酮,60-70℃下搅拌反应20-30h;
(7)所得溶液抽滤后,用水洗涤至中性,60-70℃干燥6-12h,得到表面改性的导电粒子。
步骤(1)经过硝酸处理,在导电粒子表面引入羧酸基团;然后经步骤(2)与二氯亚砜反应,得到酰氯化的导电粒子;再经步骤(3)和乙二醇反应,得到表面羟基化的导电粒子;再经步骤(4)与溴化试剂反应得到的溴化导电粒子;步骤(6)用溴化导电粒子作为引发剂,引发乙烯基吡咯烷酮单体聚合,并接枝在导电粒子表面,最终得到表面改性的导电粒子。
因为炭黑和碳纳米管都具有较大的比表面积和表面能,较大的粒子间作用力,极易与橡胶发生缠绕,团聚,使得它们的分散性较差,影响压敏复合材料的性能。本发明将分散剂聚乙烯基吡咯烷酮接枝在导电粒子表面,使分散剂的疏水基牢牢吸附在导电粒子的表面,而亲水基伸展在水性体系中,降低导电粒子的表面自由能,增大空间位阻,表面改性后的导电粒子具有高分散稳定性,从而提高压敏复合材料的整体性能。
作为优选,硅橡胶为室温硫化型硅橡胶。室温硫化硅橡胶具有良好的流动性,可根据不同需要制成不同粘度的胶体,使用工艺简单,室温下便可涂布使用,不需要高温加压即可硫化。
作为优选,纳米改性材料为纳米SiO2。由于纳米SiO2具有与硅橡胶相似的组成,使得它们相互吸附,互相缠绕,不仅有助于导电粒子的分散,同时也能补强硅橡胶,使得硅橡胶的分子链不易滑移和被外力破坏,增大形变所需要的功,可降低复合材料的电阻迟滞时间,改善压敏复合材料的静态特性;在动态特性方面,SiO2的加入能够缩短复合材料的电阻稳定时间。
作为优选,助剂为硅烷偶联剂Si-69。偶联剂使用主要为了提升体系中无机粒子与高分子硅橡胶基体材料的相容性,提高分散性。
作为优选,溶剂包括正己烷,石脑油,无水乙醇中的至少一种。溶剂主要起到稀释高分子硅橡胶基体,为导电粒子和纳米改性粒子的均匀分散创造有利环境。
本发明还提供了一种上述压敏复合材料的制备方法,包括以下步骤:
a) 将导电粒子、纳米改性材料和助剂分散在溶剂中形成分散液;
b) 在分散液中加入硅橡胶,搅拌均匀后得到混合液;
c) 将混合液真空干燥后即得压敏复合材料。
作为优选,步骤a) 中分散时间为30-60min。
作为优选,步骤b)中搅拌时间为3-8h。
作为优选,步骤c)中真空干燥温度为40-100℃,干燥时间为20-30min。
用上述方法制备出的压敏复合材料,导电粒子和纳米改性材料分散均匀,压敏复合材料整体性能良好。
因此,本发明具有如下有益效果:
(1)采用炭黑和碳纳米管共同作为导电粒子,炭黑/碳纳米管在硅橡胶中并用能够起到协同增强的作用,炭黑与碳纳米管能够形成类似“葡萄串”结构,硅橡胶分子链作为导电网络链的骨架,与“葡萄串”状结构相互交错,形成一种稳定的补强结构,这种整体的补强结构,对复合体系的导电性、稳定性和复合材料的力学性能都有一定的影响,相比单一的体系,这种力学性能的提升,点线结构的导电网络,具有更高的感知灵敏度,在一定的压力范围内,导电通道的数量得以增多,压力感知范围得以提高;
(2)将分散剂聚乙烯吡咯烷酮接枝在导电粒子表面,使分散剂的疏水基牢牢吸附在导电粒子的表面,而亲水基伸展在水性体系中,降低导电粒子的表面自由能,增大空间位阻,表面改性后的导电粒子具有高分散稳定性,从而提高压敏复合材料的整体性能;
(3)在压敏复合材料中加入纳米SiO2作为纳米改性粒子,由于纳米SiO2具有与硅橡胶相似的组成,使得它们相互吸附,互相缠绕,不仅有助于导电粒子的分散,同时也能补强硅橡胶,使得硅橡胶的分子链不易滑移和被外力破坏,增大形变所需要的功,可降低复合材料的电阻迟滞时间,改善压敏复合材料的静态特性;在动态特性方面,SiO2的加入能够缩短复合材料的电阻稳定时间。
附图说明
图1是实施例1-7和对比例2-3的压阻特性曲线;
图2是对比例1的压阻特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
在本发明中,若非特指,所有的设备和原料均可从市场上购得或是本行业常用的,下述实施例中的方法,若无特别说明,均为本领域常规方法。
实施例1:
将20g科琴炭黑ECP600JD、5g碳纳米管、20g纳米SiO2及40g 2%的硅烷偶联剂Si-69,加入115g石脑油中,搅拌后超声分散30min,形成分散液。向分散液中添加450g室温硫化型硅橡胶道康宁184,室温磁力搅拌3h形成粘稠混合液,将混合液放置于真空干燥箱中40℃下干燥20min,去除气泡和未完全挥发的石脑油,即制得未固化的压敏复合材料。
实施例2:
将20g科琴炭黑ECP600JD、5g碳纳米管、5g纳米SiO2及10g 2%的硅烷偶联剂Si-69,加入85g石脑油中,搅拌后超声分散30min,形成分散液。向分散液中添加350g室温硫化型硅橡胶道康宁184,室温磁力搅拌3h形成粘稠混合液,将混合液放置于真空干燥箱中40℃下干燥20min,去除气泡和未完全挥发的石脑油,即制得未固化的压敏复合材料。
实施例3:
将75g科琴炭黑ECP600JD、25g碳纳米管、20g纳米SiO2及40g 2%的硅烷偶联剂Si-69,加入25g正己烷、65g石脑油和25g无水乙醇混合溶液中,搅拌后超声分散60min,形成分散液。向分散液中添加450g室温硫化型硅橡胶道康宁184,室温磁力搅拌8h形成粘稠混合液,将混合液放置于真空干燥箱中100℃下干燥30min,去除气泡和未完全挥发的溶剂,即制得未固化的压敏复合材料。
实施例4:
将50g科琴炭黑ECP600JD、10g碳纳米管、15g纳米SiO2及30g 2%的硅烷偶联剂Si-69,加入70g石脑油和30g无水乙醇混合溶液中,搅拌后超声分散40min,形成分散液。向分散液中添加400g室温硫化型硅橡胶道康宁184,室温磁力搅拌6h形成粘稠混合液,将混合液放置于真空干燥箱中70℃下干燥25min,去除气泡和未完全挥发的石脑油和无水乙醇,即制得未固化的压敏复合材料。
实施例5:
表面改性导电粒子的制备:将20g科琴炭黑ECP600JD、5g碳纳米管分散在0.6mol/L硝酸溶液中,振荡反应3h后过滤,用水洗涤至中性,70℃干燥24h;将所得产物溶于SOCl2中,滴加两滴N,N-二甲基甲酰胺后,在60℃下反应24h;将所得产物分散在乙二醇中,120℃下回流反应30h;向所得产物中加入1.6g 4-二甲胺基吡啶、16.0g三乙胺和532mL CHCl3混合,氮气保护下加入20.2g 2-溴异丁基酰溴溶于266mL氯仿的溶液,4℃下搅拌2h后继续在室温下反应30h;所得溶液用氯仿稀释过滤,反复洗涤后于60℃下干燥20h;将干燥后的产物与3.6g五甲基二乙烯三胺、4.4g CuBr及250mL N,N-二甲基甲酰胺混合,氮气保护下加入280g乙烯基吡咯烷酮,70℃下搅拌反应30h;所得溶液抽滤后,用水洗涤至中性,70℃干燥12h,得到表面改性的导电粒子。
将25g上述制得的表面改性的导电粒子、5g纳米SiO2及10g 2%的硅烷偶联剂Si-69,加入85g石脑油中,搅拌后超声分散30min,形成分散液。向分散液中添加350g室温硫化型硅橡胶道康宁184,室温磁力搅拌3h形成粘稠混合液,将混合液放置于真空干燥箱中40℃下干燥20min,去除气泡和未完全挥发的石脑油,即制得未固化的压敏复合材料。
实施例6:
表面改性导电粒子的制备:将75g科琴炭黑ECP600JD、25g碳纳米管分散在0.6mol/L硝酸溶液中,振荡反应2.5h后过滤,用水洗涤至中性,65℃干燥20h;将所得产物溶于SOCl2中,滴加两滴N,N-二甲基甲酰胺后,在55℃下反应20h;将所得产物分散在乙二醇中,110℃下回流反应25h;向所得产物中加入6.4g 4-二甲胺基吡啶、63.8g三乙胺和2130mL CHCl3混合,氮气保护下加入80.8g 2-溴异丁基酰溴溶于1064mL氯仿的溶液,2℃下搅拌1.5h后继续在室温下反应25h;所得溶液用氯仿稀释过滤,反复洗涤后于55℃下干燥15h;将干燥后的产物与14.4g五甲基二乙烯三胺、17.4g CuBr及1000mL N,N-二甲基甲酰胺混合,氮气保护下加入1120g乙烯基吡咯烷酮,65℃下搅拌反应25h;所得溶液抽滤后,用水洗涤至中性,65℃干燥8h,得到表面改性的导电粒子。
将100g上述制得的表面改性的导电粒子、20g纳米SiO2及40g 2%的硅烷偶联剂Si-69,加入25g正己烷、65g石脑油和25g无水乙醇混合溶液中,搅拌后超声分散60min,形成分散液。向分散液中添加450g室温硫化型硅橡胶道康宁184,室温磁力搅拌8h形成粘稠混合液,将混合液放置于真空干燥箱中100℃下干燥30min,去除气泡和未完全挥发的溶剂,即制得未固化的压敏复合材料。
实施例7:
表面改性导电粒子的制备:将50g科琴炭黑ECP600JD、10g碳纳米管分散在0.6mol/L硝酸溶液中,振荡反应2h后过滤,用水洗涤至中性,60℃干燥12h;将所得产物溶于SOCl2中,滴加两滴N,N-二甲基甲酰胺后,在50℃下反应12h;将所得产物分散在乙二醇中,100℃下回流反应20h;向所得产物中加入3.8g 4-二甲胺基吡啶、38.3g三乙胺和1200mL CHCl3混合,氮气保护下加入48.5g 2-溴异丁基酰溴溶于640mL氯仿的溶液,0℃下搅拌1h后继续在室温下反应20h;所得溶液用氯仿稀释过滤,反复洗涤后于50℃下干燥10h;将干燥后的产物与8.6g五甲基二乙烯三胺、10.4g CuBr及600mL N,N-二甲基甲酰胺混合,氮气保护下加入672g乙烯基吡咯烷酮,60℃下搅拌反应20h;所得溶液抽滤后,用水洗涤至中性,60℃干燥6h,得到表面改性的导电粒子。
将60g上述制得的表面改性的导电粒子、15g纳米SiO2及30g 2%的硅烷偶联剂Si-69,加入70g石脑油和30g无水乙醇混合溶液中,搅拌后超声分散40min,形成分散液。向分散液中添加400g室温硫化型硅橡胶道康宁184,室温磁力搅拌6h形成粘稠混合液,将混合液放置于真空干燥箱中70℃下干燥25min,去除气泡和未完全挥发的石脑油和无水乙醇,即制得未固化的压敏复合材料。
对比例1:
将5g科琴炭黑ECP600JD、5g碳纳米管、20g纳米SiO2及40g 2%的硅烷偶联剂Si-69,加入115g石脑油中,搅拌后超声分散30min,形成分散液。向分散液中添加450g室温硫化型硅橡胶道康宁184,室温磁力搅拌3h形成粘稠混合液,将混合液放置于真空干燥箱中40℃下干燥20min,去除气泡和未完全挥发的石脑油,即制得未固化的压敏复合材料。
对比例2:
将25g科琴炭黑ECP600JD、20g纳米SiO2及40g 2%的硅烷偶联剂Si-69,加入115g石脑油中,搅拌后超声分散30min,形成分散液。向分散液中添加450g室温硫化型硅橡胶,室温磁力搅拌3h形成粘稠混合液,将混合液放置于真空干燥箱中40℃下干燥20min,去除气泡和未完全挥发的石脑油,即制得未固化的压敏复合材料。
对比例3:
将25g碳纳米管、20g纳米SiO2及40g 2%的硅烷偶联剂Si-69,加入115g石脑油中,搅拌后超声分散30min,形成分散液。向分散液中添加450g室温硫化型硅橡胶道康宁184,室温磁力搅拌3h形成粘稠混合液,将混合液放置于真空干燥箱中40℃下干燥20min,去除气泡和未完全挥发的石脑油,即制得未固化的压敏复合材料。
取上述实施例和对比例制备的未固化的压敏复合材料,通过匀胶机均匀旋涂于玻璃片上,室温24h自然固化后手工剥离,将剥离的薄膜通过直径1cm的打孔器获得直径为1cm的圆形压敏薄膜,将压敏薄膜放置于上下两极板间,并通过3M双面胶封合,测试其压阻特性。测试系统压力由螺旋式拉压力测试台和数显式压力计提供,通过数字万用表测试复合材料电阻的变化。测试结果如图1和图2所示。
从图2中可以看出,当对比例1中导电粒子添加量较小时,制得的压敏复合材料电阻率较高,压感灵敏度太低,无法应用于柔性传感器,而图1中的实施例1-7及对比例2-3,采用适当的导电粒子添加量,制得的压敏复合材料的电阻率大大降低,压感灵敏度远高于对比例1,可以较好应用于柔性传感器中,所以导电粒子的添加量对压敏复合材料的性能有较大影响。
如图1所示,对比例2和对比例3中仅采用炭黑或碳纳米管单独作为导电粒子时,在一定压力范围内电阻随压力的增大而减小,即呈负压阻效应,但超过此压力范围后,会呈正压阻效应。而实施例1-7中,采用炭黑和碳纳米管共同作为导电粒子时,在测试的压力范围内,都呈负压阻效应,所以采用炭黑和碳纳米管共同作为导电粒子,可以有效增大压敏复合材料的压力感知范围,提高传感器性能。
如图1所示,实施例5-7中采用表面改性的导电粒子,电阻率进一步降低,压感灵敏度进一步提高,所以提高了导电粒子的分散性后可以提升压敏复合材料的整体性能。

Claims (10)

1.一种用于柔性传感器中的压敏复合材料,其特征是,以重量份计,包括硅橡胶350-450份,导电粒子25-100份,纳米改性材料5-20份,助剂15-40份,溶剂85-115份,所述导电粒子包括炭黑和碳纳米管。
2.根据权利要求1 所述的一种用于柔性传感器中的压敏复合材料,其特征是,以重量份计,所述导电粒子包括炭黑20-75份,碳纳米管5-25份。
3.根据权利要求1或2 所述的一种用于柔性传感器中的压敏复合材料,其特征是,所述导电粒子为表面改性的导电粒子,其制备方法包括以下步骤:
(1)将导电粒子分散在硝酸溶液中,振荡反应2-3h后过滤,用水洗涤至中性,60-70℃干燥12-24h;
(2)将所得产物溶于氯化亚砜中,加入N,N-二甲基甲酰胺后在50-60℃下反应12-24h;
(3)将所得产物分散在乙二醇中,100-120℃下回流反应20-30h;
(4)将所得产物与4-二甲胺基吡啶、三乙胺和CHCl3混合,氮气保护下加入2-溴异丁基酰溴的氯仿溶液,0-4℃下搅拌1-2h后继续在室温下反应20-30h;
(5)所得溶液用氯仿稀释过滤,反复洗涤后于50-60℃下干燥10-20h;
(6)将干燥后的产物与五甲基二乙烯三胺、CuBr及N,N-二甲基甲酰胺混合,氮气保护下加入乙烯基吡咯烷酮,60-70℃下搅拌反应20-30h;
(7)所得溶液抽滤后,用水洗涤至中性,60-70℃干燥6-12h,得到表面改性的导电粒子。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于柔性传感器中的压敏复合材料,其特征是,所述硅橡胶为室温硫化型硅橡胶。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于柔性传感器中的压敏复合材料,其特征是,所述纳米改性材料为纳米SiO2
6.根据权利要求1或2所述的一种用于柔性传感器中的压敏复合材料,其特征是,所述助剂为硅烷偶联剂Si-69。
7.根据权利要求1或2所述的一种用于柔性传感器中的压敏复合材料,其特征是,所述溶剂包括正己烷,石脑油,无水乙醇中的至少一种。
8.一种如权利要求1所述的压敏复合材料的制备方法,其特征是,包括以下步骤:
a) 将导电粒子、纳米改性材料和助剂分散在溶剂中形成分散液;
b) 在分散液中加入硅橡胶,搅拌均匀后得到混合液;
c) 将混合液真空干燥后即得压敏复合材料。
9.根据权利要求8所述的一种压敏复合材料制备方法,其特征是,步骤b)中搅拌时间为3-8h。
10.根据权利要求8所述的一种压敏复合材料制备方法,其特征是,步骤c)中真空干燥温度为40-100℃,干燥时间为20-30min。
CN201910277175.XA 2019-04-08 2019-04-08 一种用于柔性传感器中的压敏复合材料及其制备方法 Pending CN110330794A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910277175.XA CN110330794A (zh) 2019-04-08 2019-04-08 一种用于柔性传感器中的压敏复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910277175.XA CN110330794A (zh) 2019-04-08 2019-04-08 一种用于柔性传感器中的压敏复合材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110330794A true CN110330794A (zh) 2019-10-15

Family

ID=68140107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910277175.XA Pending CN110330794A (zh) 2019-04-08 2019-04-08 一种用于柔性传感器中的压敏复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110330794A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110943220A (zh) * 2019-12-13 2020-03-31 河南科技学院 一种锂离子动力电池复合正极材料及其制备方法
CN111586945A (zh) * 2020-05-29 2020-08-25 福建星宏新材料科技有限公司 单键触压调光开关及开关调光方法
CN111961346A (zh) * 2020-09-01 2020-11-20 北京理工大学 一种兼具高强度和粘附性能的硅橡胶复合材料及其制备方法
CN113150358A (zh) * 2021-04-29 2021-07-23 杭州师范大学 一种导电氟硅橡胶泡沫复合材料及其制备方法和应用
CN114854202A (zh) * 2022-06-07 2022-08-05 浙江柔灵科技有限公司 碳黑-碳纳米管混合填充硅胶的电极材料及其工艺
CN115926465A (zh) * 2022-12-07 2023-04-07 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 三维微孔可控调节柔性复合材料、柔性应力传感器及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060229416A1 (en) * 2005-04-07 2006-10-12 Freudenberg-Nok General Partnership High temperature elastomers with low hydrocarbon vapor permeability
CN104262668A (zh) * 2014-04-28 2015-01-07 华东理工大学 具有抗蛋白吸附和抗细胞黏附的聚氨酯材料及其制备方法
CN105647030A (zh) * 2016-01-28 2016-06-08 深圳市慧瑞电子材料有限公司 一种用于柔性传感器的导电橡胶材料及其制备方法和应用
CN108047495A (zh) * 2017-12-06 2018-05-18 山东大展纳米材料有限公司 一种碳纳米管和炭黑超强复合填料的原位制备方法
CN108822724A (zh) * 2018-06-14 2018-11-16 杭州电子科技大学 一种适用于丝网印刷工艺的压敏复合材料

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060229416A1 (en) * 2005-04-07 2006-10-12 Freudenberg-Nok General Partnership High temperature elastomers with low hydrocarbon vapor permeability
CN104262668A (zh) * 2014-04-28 2015-01-07 华东理工大学 具有抗蛋白吸附和抗细胞黏附的聚氨酯材料及其制备方法
CN105647030A (zh) * 2016-01-28 2016-06-08 深圳市慧瑞电子材料有限公司 一种用于柔性传感器的导电橡胶材料及其制备方法和应用
CN108047495A (zh) * 2017-12-06 2018-05-18 山东大展纳米材料有限公司 一种碳纳米管和炭黑超强复合填料的原位制备方法
CN108822724A (zh) * 2018-06-14 2018-11-16 杭州电子科技大学 一种适用于丝网印刷工艺的压敏复合材料

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张玉刚,等: ""碳纳米管/炭黑并用导电橡胶的制备与性能研究"", 《合肥工业大学学报》 *
王国建,等: ""两亲性嵌段共聚物改性的多壁碳纳米管的制备"", 《功能材料》 *
王国建,等: ""化学法修饰碳纳米管"", 《化学进展》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110943220A (zh) * 2019-12-13 2020-03-31 河南科技学院 一种锂离子动力电池复合正极材料及其制备方法
CN111586945A (zh) * 2020-05-29 2020-08-25 福建星宏新材料科技有限公司 单键触压调光开关及开关调光方法
CN111961346A (zh) * 2020-09-01 2020-11-20 北京理工大学 一种兼具高强度和粘附性能的硅橡胶复合材料及其制备方法
CN113150358A (zh) * 2021-04-29 2021-07-23 杭州师范大学 一种导电氟硅橡胶泡沫复合材料及其制备方法和应用
CN113150358B (zh) * 2021-04-29 2022-06-28 杭州师范大学 一种导电氟硅橡胶泡沫复合材料及其制备方法和应用
CN114854202A (zh) * 2022-06-07 2022-08-05 浙江柔灵科技有限公司 碳黑-碳纳米管混合填充硅胶的电极材料及其工艺
CN114854202B (zh) * 2022-06-07 2024-01-26 浙江柔灵科技有限公司 碳黑-碳纳米管混合填充硅胶的电极材料及其工艺
CN115926465A (zh) * 2022-12-07 2023-04-07 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 三维微孔可控调节柔性复合材料、柔性应力传感器及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110330794A (zh) 一种用于柔性传感器中的压敏复合材料及其制备方法
CN110333010B (zh) 一种叉指型大面积柔性阵列传感器及其制备方法
Li et al. Facile preparation of stretchable and self-healable conductive hydrogels based on sodium alginate/polypyrrole nanofibers for use in flexible supercapacitor and strain sensors
CN111795764B (zh) 一种三明治型大面积高密度柔性阵列传感器及其制备方法
CN107230772B (zh) 一种高镍三元材料用复合粘结剂和正极浆料及其制备方法
CN107236075A (zh) 具有多级孔结构的压敏聚合物复合泡沫及其制备方法
CN111944167A (zh) 一种导电水凝胶及其制备方法和应用
CN111378205A (zh) 一种pdms海绵基应变传感器材料的制备方法
CN107129675A (zh) 以三维碳骨架为导电相的弹性体基宽频高阻尼复合材料及其制备方法
CN108458819A (zh) 一种大面积柔性压力传感器
CN106883609B (zh) 用于高温高压传感器的压力敏感材料及其制备方法
KR20210128971A (ko) 열에 의하여 치유 및 재성형이 가능한 전도성 하이드로겔 복합재료
WO2019242684A1 (zh) 一种耐疲劳导电复合材料及其制备方法
CN107245124B (zh) 具有贯穿孔道结构的压敏聚合物复合泡沫及其制备方法
Song et al. Vertically aligned carbon nanotubes/graphene/cellulose nanofiber networks for enhancing electrical conductivity and piezoresistivity of silicone rubber composites
CN111073302A (zh) 一种适用于3d打印全柔性拉伸传感器的制备方法
Lu et al. Using xanthan gum and PEDOT: PSS to costabilize Ga droplets to synergistically improve the toughness and sensing performance of polyacrylamide hydrogels
WO2023160423A1 (zh) 具有高透明导电性能的聚硅氧烷类弹性体及其制备方法
CN114854202B (zh) 碳黑-碳纳米管混合填充硅胶的电极材料及其工艺
CN109181280A (zh) 一种聚氨酯弹性体及其制备方法
CN113929826B (zh) 仿神经元复合导电水凝胶及多功能柔性传感器
CN111848984B (zh) 一种环糊精水凝胶及其制备方法和应用
CN114087976B (zh) 一种柔性大应变传感器及其制备方法
CN113332936A (zh) 一种高韧性导电抗冻的碳纳米管有机水凝胶
CN118129951A (zh) 一种电阻式可穿戴柔性压力传感器及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191015

RJ01 Rejection of invention patent application after publication