CN110358142A - 宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法 - Google Patents

宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110358142A
CN110358142A CN201910622961.9A CN201910622961A CN110358142A CN 110358142 A CN110358142 A CN 110358142A CN 201910622961 A CN201910622961 A CN 201910622961A CN 110358142 A CN110358142 A CN 110358142A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sponge
temperature range
sensitive sensor
preparation
voltage sensitive
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.)
Granted
Application number
CN201910622961.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110358142B (zh
Inventor
韩世辉
陈环玉
孙高辉
任晓荷
陈蓉蓉
王君
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.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
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 Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN201910622961.9A priority Critical patent/CN110358142B/zh
Publication of CN110358142A publication Critical patent/CN110358142A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110358142B publication Critical patent/CN110358142B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08G73/1067—Wholly aromatic polyimides, i.e. having both tetracarboxylic and diamino moieties aromatically bound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/28—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by elimination of a liquid phase from a macromolecular composition or article, e.g. drying of coagulum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/36—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/36—After-treatment
    • C08J9/40—Impregnation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2201/00—Foams characterised by the foaming process
    • C08J2201/04—Foams characterised by the foaming process characterised by the elimination of a liquid or solid component, e.g. precipitation, leaching out, evaporation
    • C08J2201/05—Elimination by evaporation or heat degradation of a liquid phase
    • C08J2201/0502—Elimination by evaporation or heat degradation of a liquid phase the liquid phase being organic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2379/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen, or carbon only, not provided for in groups C08J2361/00 - C08J2377/00
    • C08J2379/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08J2379/08—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)

Abstract

本发明公开了一种宽温域范围内用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法，包括以下步骤：以二元酸酐和二元胺制备聚酰亚胺前驱体粉末，经特定功率微波发泡成型及后期高温固化得到高开孔度的聚酰亚胺海绵；然后，在真空环境下以预先制备的氧化石墨烯水分散液对聚酰亚胺海绵进行定量真空浸渍；其次，在一定温度下使氧化石墨烯进行水热自组装及还原，得到石墨烯水凝胶填充的聚酰亚胺海绵；最后，将石墨烯水凝胶填充的聚酰亚胺海绵进行真空冷冻干燥，得到柔性复合海绵压敏传感器。本发明具有灵敏度高、导电材料填充均匀、应用温域宽、样件尺寸稳定性高、制备工艺简单、生产成本低以及石墨烯海绵脱落后可再次填充复合循环使用的特点。

Description

宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法
技术领域
本发明涉及柔性压敏传感器技术领域，特别是一种宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法。
背景技术
三维聚合物基多孔海绵材料具有轻质、低密度、高孔隙率、高弹性等特点，近年来被广泛应用于柔性压敏传感器基材，解决了传统二维压敏传感器刚性大、压力检测范围窄等缺陷。目前，国内外科研工作者及相关单位主要通过石墨烯与有机聚合物多孔材料复合的方式制备三维柔性石墨烯类压敏传感器材料。
CN 107572477 A、CN 107522895 A等专利公开了以三聚氰胺海绵、聚氨酯海绵等为模板，通过常温常压浸渍手段向其中添加氧化石墨烯及其他导电填料，然后再进行后续还原处理得到复合海绵应用于压敏传感器的方法。但是，以三聚氰胺海绵或者聚氨酯海绵为基材的压敏传感器，不仅灵敏度较低，而且其仅能在较温和的环境下(-20～120℃)正常使用，这将对其在超低温及高温应用环境产生巨大限制；并且现有传统的采用浸渍涂布法对聚合物海绵进行填充的方法会造成填充不均匀、无法定量填充的问题。同时，由于基体树脂分子结构的限制，上述材料只能在较温和的条件下进行化学还原或者在惰性气体氛围下热还原，而这些还原手段成本高、反应条件苛刻、易造成二次污染。因此，现有的技术存在着灵敏度较低、可调控性较差、导电填料填充不均匀、样件复合后尺寸稳定性较差、温度适用范围较窄、制备工艺复杂以及生产成本高的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法。本发明具有灵敏度高、导电材料填充均匀且可精准调控、应用温域宽、制备工艺简单、生产成本低和样件复合后尺寸稳定性优良的特点。
本发明的技术方案：一种宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法，包括以下步骤，
第一步：在40-50℃水浴条件下，将芳香型二元酸酐溶于极性溶剂中，随后加入小分子单醇进行酯化反应，反应完全后再加入芳香型二元胺进行反应0.5-2小时，得到聚酰亚胺前驱体-聚酯铵盐的极性溶剂溶液；聚酰亚胺前驱体-聚酯铵盐的极性溶剂溶液依次经1-2小时旋转蒸发和4-6小时的球磨处理后，得到粒径为5-30微米的聚酰亚胺前驱体粉末；随后，聚酰亚胺前驱体粉末经预定型、热压熔融、冷却凝固定型过程得到发泡母板；最后，发泡母板在500-4000W功率下的微波设备中经微波辐照10-40min发泡成型，得到聚酰亚胺海绵中间体，将聚酰亚胺海绵中间体放置于250-300℃的烘箱中固化1-2小时后，得到开孔度在90-99％之间、密度在5-10kg/m3之间的柔性聚酰亚胺海绵；
第二步：以水作为溶剂，将单层或多层氧化石墨烯粉末分散于水中，在20-60℃条件下，以500-2000W的超声波功率，进行超声分散20-180min，得到分散均匀的氧化石墨烯水分散液；
第三步：柔性聚酰亚胺海绵经乙醇与去离子水交替洗涤3-5次后，放置于水热反应釜中，随后将氧化石墨烯水分散液倒入水热反应釜中，将水热反应釜置于真空烘箱中，调节真空烘箱真空度为10-90kPa，保持10-30min，完成氧化石墨烯水分散液对柔性聚酰亚胺海绵的定量真空浸渍；所加入的氧化石墨烯水分散液的体积为柔性聚酰亚胺海绵体积的1-5倍；
第四步：定量真空浸渍完成后，将水热反应釜从真空烘箱中取出，常压保持10-30min，随后将水热反应釜密封，并将水热反应釜转移至100-180℃的鼓风烘箱中，使柔性聚酰亚胺海绵内的氧化石墨烯水分散液进行水热自组装和还原6-12h后，得到石墨烯水凝胶填充的聚酰亚胺海绵；
第五步：将石墨烯水凝胶填充的聚酰亚胺海绵转移至冷冻机中，在-45℃-0℃的条件下预冷冻2-48h，然后再在-80至-20℃条件下的真空冷冻干燥机进行真空冷冻干燥24-72h，完成石墨烯水凝胶向石墨烯海绵的转化，从而最终得到柔性复合海绵压敏传感器。
前述的一种宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法中，第一步中，柔性聚酰亚胺海绵制备过程中物料化学组成的质量份数为：芳香型二元酸酐，50-500份；极性溶剂，50-500份；小分子单醇，100-500份；芳香型二元胺，30-400份。
前述的一种宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法中，第二步中，氧化石墨烯水分散液包括以下质量份数的组分：单层或多层氧化石墨烯粉末，1-5份；去离子水1000-10000份。
前述的一种宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法中，柔性复合海绵压敏传感器的应用温域为-196℃至300℃。
前述的一种宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法中，所述的芳香型二元酸酐为均苯四甲酸酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四酸二酐、3,3',4,4'-联苯四酸二酐或3,3',4,4'-二苯醚四酸二酐中的一种或多种。
前述的一种宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法中，所述芳香型二元胺为二氨基二苯醚或二氨基二苯甲烷中的一种或多种。
前述的一种宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法中，所述的极性溶剂为非质子型极性溶剂，包括N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或四氢呋喃中的一种或多种。
前述的一种宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法中，所述的小分子单醇为甲醇或乙醇中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：首先控制柔性聚酰亚胺海绵的各个生产步骤，通过各个生产步骤之间的相互配合，并通过调节各个步骤的具体工艺参数，来实现对聚酰亚胺海绵基材密度、泡孔结构及开孔度的自主调控，达到调节复合海绵压敏传感器的力学性能及压力检测范围以及实现石墨烯海绵对其有效填充的目的；随后以自主制备的高开孔度柔性聚酰亚胺海绵为基材，以氧化石墨烯水分散液对海绵进行定量真空浸渍，依靠氧化石墨烯在海绵内所进行的水热自组装及还原处理实现其在聚酰亚胺海绵内部的多级构筑，完成了石墨烯水凝胶对聚酰亚胺海绵泡孔及骨架的均匀填充和有效复合；最后再进行冷冻干燥处理，避免了复合及高温处理过程中严重收缩现象的出现，有效保证了材料尺寸稳定性，以此来得到-196℃至300℃宽温域范围内用的柔性复合海绵压敏传感器。
本发明还通过对氧化石墨烯水分散液浓度的调控，精确控制石墨烯海绵复合比例，便于复合海绵传感性能的精准调控，有利于工业化生产和广泛应用，本发明制备的复合海绵相比于以往石墨烯/聚酰亚胺复合海绵的压缩敏感度提高了100.3-300.6％，有望在航天航空等高端科技领域得到应用。
该制备方法工艺简单、反应条件温和、无污染，能够定量并均匀地填充石墨烯海绵，能够对压力信号迅速响应；并且石墨烯海绵脱落后，可以通过水热处理对聚酰亚胺海绵基材进行多次填充复合，提高复合海绵压敏传感器的循环使用性能，延长使用寿命。
综上所述，本发明具有灵敏度高、导电材料填充均匀且可精准调控、应用温域宽、制备工艺简单、生产成本低和样件复合后尺寸稳定性优良的特点。
附图说明
图1是实施例1-4所制备柔性复合海绵压敏传感器电阻变化率-应力曲线图；
图2是实施例5所制备柔性复合海绵压敏传感器在300℃条件下处理6h前后电阻变化率-应力曲线对比图；
图3是实施实例6所制备柔性复合海绵压敏传感器-196℃(液氮)处理6h前后电阻变化率-应力曲线对比图；
图4是实施例1所制备柔性复合海绵压敏传感器20％应变下100次往复压缩性能图；
图5是本发明的产品示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施实例1
将161g3,3',4,4'-二苯甲酮四酸二酐溶于100g四氢呋喃溶剂中，随后加入200g甲醇和99g二氨基二苯甲烷在45℃水浴环境下反应1小时，制得聚酰亚胺前驱体-聚酯铵盐溶液(即聚酰亚胺前驱体-聚酯铵盐的极性溶剂溶液)。然后使用旋转蒸发仪在75℃条件下对聚酰亚胺前驱体-聚酯铵盐的极性溶剂溶液进行旋蒸处理，去除聚酯铵盐溶液中的溶剂，得到聚酯铵盐海绵。经行星式球磨机粉碎研磨5小时后，得到细腻、均匀的聚酰亚胺前驱体粉末。随后，将聚酰亚胺前驱体粉末经预定型、热压熔融、冷却凝固定型过程后得到发泡母板。将得到的发泡母板置于发泡模具中，并在500W的微波设备中发泡25min，1000W的条件下发泡15min，成型得到聚酰亚胺海绵中间体。将所得到的聚酰亚胺海绵中间体置于预先加热至260℃的烘箱中进行高温固化过程60min后，得到密度为8kg/m3、开孔度在96％的聚酰亚胺海绵。
称取0.065g多层氧化石墨烯粉末于塑料杯中，倒入65mL去离子水，随后将上述液体用超声波进行超声分散，调节超声功率为1000W，超声时间30min后得到高度分散的1mg/ml氧化石墨烯水分散液。
裁取46cm3的聚酰亚胺海绵，用乙醇和去离子水交替洗涤5次后，将其放入100mL的水热反应釜中，并倒入65mL的氧化石墨烯水分散液。将开盖的反应釜转移至真空烘箱中，调节真空度为80kPa，保持真空浸渍10min。取出反应釜，常压保持30min后密封，并转移至160℃鼓风烘箱中保持8h后，取出反应釜，得到石墨烯水凝胶填充的聚酰亚胺海绵。放入冰箱冷冻层-5℃条件下进行预冻24h；最后将冻结好的样品放入真空冷冻干燥机的物料盘上，-45℃条件下冷冻干燥48h，最终得到柔性复合海绵压敏传感器。
实施实例2
本实施实例与实施实例1不同的是称取的多层氧化石墨烯粉末为0.13g，其余与实施实例1相同。即氧化石墨烯水分散液浓度为2mg/ml。
实施实例3
本实施实例与实施实例1不同的是称取的多层氧化石墨烯粉末为0.195g，其余与实施实例1相同。即氧化石墨烯水分散液浓度为3mg/ml。
实施实例4
本实施实例与实施实例1不同的是称取的多层氧化石墨烯粉末为0.26g，其余与实施实例3相同。即氧化石墨烯水分散液浓度为4mg/ml。
实施实例5
本实施实例与实施实例1不同的是称取0.225g多层氧化石墨烯粉末于塑料杯中，用量筒量取75mL去离子水倒入杯中，得到氧化石墨烯分散液；裁取36cm3的聚酰亚胺海绵；真空浸渍时调节真空度为80kPa；水热温度为140℃，其余与实施实例1相同。
为证明所制备复合海绵能够在经历高温环境后正常使用，在对所制备样件在300℃条件下处理6小时后，再次进行力电压缩敏感性测试，结果显示其曲线与加热处理前一致。
实施实例6
本实施实例与实施实例5不同的是水热自组装时的温度为180℃，其余与实施实例5相同。
为证明所制备复合海绵能够在经历极低温环境后仍能正常使用，在对所制备样件在-196℃液氮条件下处理6小时后，再次进行力电压缩敏感性测试，结果显示其曲线与加热处理前一致。
实施实例7
一种宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
第一步：在40-50℃水浴条件下，将芳香型二元酸酐溶于极性溶剂中，随后加入小分子单醇进行酯化反应，反应完全后再加入芳香型二元胺进行反应0.5-2小时，得到聚酰亚胺前驱体-聚酯铵盐的极性溶剂溶液；聚酰亚胺前驱体-聚酯铵盐的极性溶剂溶液依次经1-2小时旋转蒸发和4-6小时的球磨处理后，得到粒径为5-30微米的聚酰亚胺前驱体粉末；随后，聚酰亚胺前驱体粉末经预定型、热压熔融、冷却凝固定型过程得到发泡母板；最后，发泡母板在500-4000W功率下的微波设备中经微波辐照10-40min发泡成型，得到聚酰亚胺海绵中间体，将聚酰亚胺海绵中间体放置于250-300℃的烘箱中固化1-2小时后，得到开孔度在90-99％之间、密度在5-10kg/m3之间的柔性聚酰亚胺海绵；
第二步：以水作为溶剂，将单层或多层氧化石墨烯粉末分散于水中，在20-60℃条件下，以500-2000W的超声波功率，进行超声分散20-180min，得到分散均匀的氧化石墨烯水分散液；
第三步：柔性聚酰亚胺海绵经乙醇与去离子水交替洗涤3-5次后，放置于水热反应釜中，随后将氧化石墨烯水分散液倒入水热反应釜中，将开盖的水热反应釜置于真空烘箱中，调节真空烘箱真空度为10-90kPa，保持10-30min，完成氧化石墨烯水分散液对柔性聚酰亚胺海绵的定量真空浸渍；所加入的氧化石墨烯水分散液的体积为柔性聚酰亚胺海绵体积的1-5倍；交替洗涤是指经乙醇洗涤后，再经去离子水洗涤，随后再经乙醇洗涤，依次交替进行。
第四步：定量真空浸渍完成后，将水热反应釜从真空烘箱中取出，常压保持10-30min，随后将水热反应釜密封，并将水热反应釜转移至100-180℃的鼓风烘箱中，使柔性聚酰亚胺海绵内的氧化石墨烯水分散液进行水热自组装和还原6-12h后，得到石墨烯水凝胶填充的聚酰亚胺海绵；
第五步：将石墨烯水凝胶填充的聚酰亚胺海绵转移至冷冻机中，在-45℃-0℃的条件下预冷冻2-48h，然后再在-80至-20℃条件下的真空冷冻干燥机进行真空冷冻干燥24-72h，完成石墨烯水凝胶向石墨烯海绵的转化，从而最终得到柔性复合海绵压敏传感器。
第一步中，柔性聚酰亚胺海绵制备过程中物料化学组成的质量份数为：芳香型二元酸酐，50-500份；极性溶剂，50-500份；小分子单醇，100-500份；芳香型二元胺，30-400份。
第二步中，氧化石墨烯水分散液包括以下质量份数的组分：单层或多层氧化石墨烯粉末，1-5份；去离子水1000-10000份。
柔性复合海绵压敏传感器的应用温域为-196℃至300℃。
所述的芳香型二元酸酐为均苯四甲酸酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四酸二酐、3,3',4,4'-联苯四酸二酐或3,3',4,4'-二苯醚四酸二酐中的一种或多种。
所述芳香型二元胺为二氨基二苯醚或二氨基二苯甲烷中的一种或多种。
所述的极性溶剂为非质子型极性溶剂，包括N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或四氢呋喃中的一种或多种。
所述的小分子单醇为是甲醇或乙醇中的一种或多种。

Claims (8)

1.宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
第一步：在40-50℃水浴条件下，将芳香型二元酸酐溶于极性溶剂中，随后加入小分子单醇进行酯化反应，反应完全后再加入芳香型二元胺进行反应0.5-2小时，得到聚酰亚胺前驱体-聚酯铵盐的极性溶剂溶液；聚酰亚胺前驱体-聚酯铵盐的极性溶剂溶液依次经1-2小时旋转蒸发和4-6小时的球磨处理后，得到粒径为5-30微米的聚酰亚胺前驱体粉末；随后，聚酰亚胺前驱体粉末经预定型、热压熔融、冷却凝固定型过程得到发泡母板；最后，发泡母板在500-4000W功率下的微波设备中经微波辐照10-40min发泡成型，得到聚酰亚胺海绵中间体，将聚酰亚胺海绵中间体放置于250-300℃的烘箱中固化1-2小时后，得到开孔度在90-99％之间、密度在5-10kg/m3之间的柔性聚酰亚胺海绵；
第二步：以水作为溶剂，将单层或多层氧化石墨烯粉末分散于水中，在20-60℃条件下，以500-2000W的超声波功率，进行超声分散20-180min，得到分散均匀的氧化石墨烯水分散液；
第三步：柔性聚酰亚胺海绵经乙醇与去离子水交替洗涤3-5次后，放置于水热反应釜中，随后将氧化石墨烯水分散液倒入水热反应釜中，将水热反应釜置于真空烘箱中，调节真空烘箱真空度为10-90kPa，保持10-30min，完成氧化石墨烯水分散液对柔性聚酰亚胺海绵的定量真空浸渍；所加入的氧化石墨烯水分散液的体积为柔性聚酰亚胺海绵体积的1-5倍；
第四步：定量真空浸渍完成后，将水热反应釜从真空烘箱中取出，常压保持10-30min，随后将水热反应釜密封，并将水热反应釜转移至100-180℃的鼓风烘箱中，使柔性聚酰亚胺海绵内的氧化石墨烯水分散液进行水热自组装和还原6-12h后，得到石墨烯水凝胶填充的聚酰亚胺海绵；
第五步：将石墨烯水凝胶填充的聚酰亚胺海绵转移至冷冻机中，在-45℃-0℃的条件下预冷冻2-48h，然后再在-80至-20℃条件下的真空冷冻干燥机进行真空冷冻干燥24-72h，完成石墨烯水凝胶向石墨烯海绵的转化，从而最终得到柔性复合海绵压敏传感器。
2.根据权利要求1所述的宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法，其特征在于，第一步中，柔性聚酰亚胺海绵制备过程中物料化学组成的质量份数为：芳香型二元酸酐，50-500份；极性溶剂，50-500份；小分子单醇，100-500份；芳香型二元胺，30-400份。
3.根据权利要求1所述的宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法，其特征在于，第二步中，氧化石墨烯水分散液包括以下质量份数的组分：单层或多层氧化石墨烯粉末，1-5份；去离子水1000-10000份。
4.根据权利要求1所述的宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法，其特征在于：柔性复合海绵压敏传感器的应用温域为-196℃至300℃。
5.根据权利要求2所述的宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法，其特征在于：所述的芳香型二元酸酐为均苯四甲酸酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四酸二酐、3,3',4,4'-联苯四酸二酐或3,3',4,4'-二苯醚四酸二酐中的一种或多种。
6.根据权利要求2所述的宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法，其特征在于：所述芳香型二元胺为二氨基二苯醚或二氨基二苯甲烷中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法，其特征在于：所述的极性溶剂为非质子型极性溶剂，包括N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或四氢呋喃中的一种或多种。
8.根据权利要求2所述的宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法，其特征在于：所述的小分子单醇为甲醇或乙醇中的一种或多种。
CN201910622961.9A 2019-07-11 2019-07-11 宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法 Active CN110358142B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910622961.9A CN110358142B (zh) 2019-07-11 2019-07-11 宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910622961.9A CN110358142B (zh) 2019-07-11 2019-07-11 宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110358142A true CN110358142A (zh) 2019-10-22
CN110358142B CN110358142B (zh) 2022-02-15

Family

ID=68218876

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910622961.9A Active CN110358142B (zh) 2019-07-11 2019-07-11 宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110358142B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111548529A (zh) * 2020-05-29 2020-08-18 江南大学 一种多级结构的聚酰亚胺基石墨烯复合泡沫材料及其制备
CN111909420A (zh) * 2020-08-25 2020-11-10 哈尔滨工程大学 石墨烯/聚酰亚胺复合海绵柔性传感器的制备方法及产品
CN115014597A (zh) * 2022-04-29 2022-09-06 深圳大学 一种基于多孔结构复合材料的柔性压力传感器及其制备方法
CN116514577A (zh) * 2023-05-05 2023-08-01 天津大学 宽温域用超弹前驱体陶瓷弹簧与其压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
CN103012793A (zh) * 2012-12-28 2013-04-03 青岛海洋新材料科技有限公司 一种新型模压聚酰亚胺泡沫塑料及其制备方法
CN105085916A (zh) * 2015-09-25 2015-11-25 青岛海洋新材料科技有限公司 一种低密度聚酰亚胺泡沫及其生产工艺
CN105694433A (zh) * 2016-03-30 2016-06-22 天津大学 一种兼备高导热性和柔韧性的聚合物泡沫/石墨烯复合材料制备方法
US9505903B2 (en) * 2012-01-12 2016-11-29 Hanwha Chemical Corporation Resin composition for EMI shielding, comprising carbon hydride composite
CN107266912A (zh) * 2017-06-21 2017-10-20 西安电子科技大学 还原氧化石墨烯‑聚酰亚胺热处理泡沫的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9505903B2 (en) * 2012-01-12 2016-11-29 Hanwha Chemical Corporation Resin composition for EMI shielding, comprising carbon hydride composite
CN103012793A (zh) * 2012-12-28 2013-04-03 青岛海洋新材料科技有限公司 一种新型模压聚酰亚胺泡沫塑料及其制备方法
CN105085916A (zh) * 2015-09-25 2015-11-25 青岛海洋新材料科技有限公司 一种低密度聚酰亚胺泡沫及其生产工艺
CN105694433A (zh) * 2016-03-30 2016-06-22 天津大学 一种兼备高导热性和柔韧性的聚合物泡沫/石墨烯复合材料制备方法
CN107266912A (zh) * 2017-06-21 2017-10-20 西安电子科技大学 还原氧化石墨烯‑聚酰亚胺热处理泡沫的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
马晶晶 等: ""基于粉末微波发泡法制备超轻质聚酰亚胺泡沫的结构与性能"", 《高分子材料科学与工程》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111548529A (zh) * 2020-05-29 2020-08-18 江南大学 一种多级结构的聚酰亚胺基石墨烯复合泡沫材料及其制备
CN111548529B (zh) * 2020-05-29 2021-07-27 江南大学 一种多级结构的聚酰亚胺基石墨烯复合泡沫材料及其制备
CN111909420A (zh) * 2020-08-25 2020-11-10 哈尔滨工程大学 石墨烯/聚酰亚胺复合海绵柔性传感器的制备方法及产品
CN115014597A (zh) * 2022-04-29 2022-09-06 深圳大学 一种基于多孔结构复合材料的柔性压力传感器及其制备方法
CN115014597B (zh) * 2022-04-29 2023-09-22 深圳大学 一种基于多孔结构复合材料的柔性压力传感器及其制备方法
CN116514577A (zh) * 2023-05-05 2023-08-01 天津大学 宽温域用超弹前驱体陶瓷弹簧与其压力传感器及其制备方法
CN116514577B (zh) * 2023-05-05 2023-10-20 天津大学 宽温域用超弹前驱体陶瓷弹簧与其压力传感器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110358142B (zh) 2022-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110358142A (zh) 宽温域用高灵敏度柔性复合海绵压敏传感器的制备方法
CN106009029B (zh) 具有压敏特性的多孔导电高分子材料的制备方法及其应用
CN107417961B (zh) 一种各向异性聚酰亚胺气凝胶材料及其制备方法
CN107286491B (zh) 一种高导电性碳纳米管/石墨烯气凝胶/聚苯乙烯复合材料及其制备方法
CN106317407A (zh) 一种聚酰亚胺气凝胶及其杂化气凝胶的制备方法
CN105197909B (zh) 一种石墨烯纳米带/碳纳米管/聚酰亚胺基复合碳气凝胶及其制备方法
CN104355302A (zh) 一种石墨烯/聚酰亚胺基碳气凝胶的制备方法
CN104925778B (zh) 碳纳米管微球及其制备方法与应用
CN109810282A (zh) 一种各向异性聚酰亚胺气凝胶材料及其制备方法
CN105384950A (zh) 一种低密度交联型聚酰亚胺气凝胶类材料的低成本制备方法
CN108530673A (zh) 一种线型聚酰亚胺气凝胶及其制备方法
CN110305360A (zh) 一种可变形气凝胶材料及其制备方法
CN106832364A (zh) 柔性交联型聚酰亚胺气凝胶薄膜的制备方法
CN109942851A (zh) 一种低介电常数聚酰亚胺杂化薄膜及应用
CN109912833A (zh) 一种聚酰亚胺气凝胶及其制备方法
CN103965505A (zh) 具有抗红外辐射特性的聚酰亚胺气凝胶及其制备方法
CN109867785A (zh) 一种聚酰亚胺气凝胶吸附材料的制备方法
CN110372908A (zh) 一种保温隔热聚酰亚胺纳米纤维气凝胶及其制备方法
CN114854087A (zh) 一种具备双导热网络的聚酰亚胺复合材料及其制备方法
CN109851380A (zh) 一种二氧化硅气凝胶功能材料的制备方法
CN110358135A (zh) 一种柔性纳米纤维复合气凝胶材料及其制备方法
CN114832741B (zh) 导热吸波复合气凝胶的制备方法及导热吸波复合气凝胶
CN111086980A (zh) 一种对温度响应的石墨烯基有机复合材料及其制备与应用
CN105175720B (zh) 一种导电聚合物气凝胶及其制备方法
CN113044834B (zh) 石墨烯宏观体材料、石墨烯/聚合物复合材料及其制备方法与应用

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant