CN114427827A - 一种界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料及其制备方法与应用 - Google Patents
一种界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114427827A CN114427827A CN202210096207.8A CN202210096207A CN114427827A CN 114427827 A CN114427827 A CN 114427827A CN 202210096207 A CN202210096207 A CN 202210096207A CN 114427827 A CN114427827 A CN 114427827A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- strain sensor
- organic silicon
- substrate
- conductive particles
- sample strip
- 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
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 claims abstract description 130
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 105
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 84
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 51
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 45
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 45
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 42
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 claims description 42
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 36
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 33
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 33
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 claims description 28
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 28
- 230000008961 swelling Effects 0.000 claims description 28
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 27
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 24
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 21
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 claims description 20
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 19
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 16
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 15
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims description 13
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 12
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 12
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 12
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 12
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 11
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N ethenyl(trimethoxy)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)C=C NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 9
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 claims description 8
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 7
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 claims description 7
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 claims description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 5
- BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N trimethoxy-[3-(oxiran-2-ylmethoxy)propyl]silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCOCC1CO1 BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- PHQOGHDTIVQXHL-UHFFFAOYSA-N n'-(3-trimethoxysilylpropyl)ethane-1,2-diamine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCNCCN PHQOGHDTIVQXHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- JMXKSZRRTHPKDL-UHFFFAOYSA-N titanium ethoxide Chemical compound [Ti+4].CC[O-].CC[O-].CC[O-].CC[O-] JMXKSZRRTHPKDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZNOCGWVLWPVKAO-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(phenyl)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)C1=CC=CC=C1 ZNOCGWVLWPVKAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 claims description 3
- HQYALQRYBUJWDH-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(propyl)silane Chemical compound CCC[Si](OC)(OC)OC HQYALQRYBUJWDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 claims description 2
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 claims 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 10
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 10
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 6
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 abstract description 5
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 31
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 17
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 17
- 230000008859 change Effects 0.000 description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 12
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 12
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002585 base Substances 0.000 description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 6
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 5
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 5
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 5
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000000629 knee joint Anatomy 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 2
- 238000009991 scouring Methods 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 2
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 description 1
- 206010011224 Cough Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003738 black carbon Substances 0.000 description 1
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 210000001145 finger joint Anatomy 0.000 description 1
- ZHPNWZCWUUJAJC-UHFFFAOYSA-N fluorosilicon Chemical compound [Si]F ZHPNWZCWUUJAJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 description 1
- 150000001367 organochlorosilanes Chemical class 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000003075 superhydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 230000009747 swallowing Effects 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
- G01B7/18—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in resistance
-
- 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
- C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
- C08J7/04—Coating
- C08J7/044—Forming conductive coatings; Forming coatings having anti-static properties
-
- 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
- C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
- C08J7/04—Coating
- C08J7/06—Coating with compositions not containing macromolecular substances
-
- 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
- C08J2383/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
- C08J2383/04—Polysiloxanes
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)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开一种界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料及其制备方法与应用，所述的应变传感器材料主要包括有机硅弹性体为基底，有机硅弹性基底打磨处理面构筑有微纳米尺度的粗糙裂纹结构；导电粒子基于超声推动插入组装于被溶胀的基底工作面，从而构筑出粗糙的褶皱与裂缝共存的、最外层有导电粒子密集堆叠组装的材料工作面。所述的传感器材料导电粒子附着面的面电阻为<104Ω。材料具有较好的外力作用、雨水冲刷、高低温复杂环境耐受性：微纳尺度的粗糙结构上表面呈现超疏水性，经过酸碱腐蚀以及胶带多次粘扯、多次拉伸形变后粒子层稳固。材料的电阻对拉伸形变呈现敏感响应，可作为一种优异的、复杂环境耐受性好的应变传感器材料。
Description
技术领域
本发明属于仿生材料、多功能复合材料和应变传感领域，涉及一种应变传感器材料，特别是涉及一种界面稳定的高性能多功能化应变传感器材料及其制备方法与应用。
背景技术
应变传感器是将机械变形转化为电信号输出的一类电子器件。在生物医学、机电一体化、体育运动训练应用等领域，由于需要测量拉伸形变和弯曲表面上的运动等，如软机器人、人体运动检测与血压监测，对柔性可拉伸应变传感器的需求日益增加同时，对其性能也更高要求化。
在柔性基底表面构筑纳米导电材料层制备的层状结构拉伸应变传感器，是当下的先进策略，具有加工简单、导电网络响应快等特点，受到研究者的广泛关注。其中，以微裂缝结构调控的导电层堆叠形貌最为典型，能够显著提升材料的敏感性能。柔性基底支撑导电层结构的同时并提供形变能力，在拉伸应力场中，相对刚性的导电层中裂缝间隙/密度将随柔性基体应变增加而逐渐增加，造成电子传输机率降低，体系表现出面电阻增大的力敏响应行为。但多数微裂缝粒子层结构的脆弱性造成材料的形变能力差(多数应变<5％)，高灵敏性与宽应变域这两个指标不可兼顾。另一方面，导电层与柔性基底间界面作用决定了层间应力/应变的有效传递与结构稳定，对导电网络结构的响应性和稳定性至关重要。导电粒子在界面处的滑移、脱离等显著影响传感器材料的结构稳定与力敏性能指标，且形变越大，导电层-聚合物间界面强度要求越高。目前，导电粒子与基体分子间缺乏有效强界面作用，导致导电网络结构变化滞后、不稳定等问题，甚至发生界面脱粘造成材料结构失效，严重影响该类柔性力敏材料的灵敏度和稳定性。此外，实际服役中，材料不可避免会遭遇各种复杂环境(如高低温环境、油脂侵蚀、雨水冲刷、溶剂浸泡等)。因此，如何通过多层次结构(稳固基底层-导电粒子层界面、敏感可往复形变导电层等)设计实现传感器材料的综合指标高性能化(高灵敏性、宽应变域、稳定可重复)与满足复杂环境使用要求的多功能化(耐高低温变化、超疏水等)，具有重要研究意义与实际应用价值，是目前急需攻克的技术。
发明内容
本发明的第一个目的是为了克服传统层状结构材料导电粒子层与高分子基底层界面结构稳定差，裂缝结构粒子层形变量小、往复形变重复性差的问题，提供一种界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料，具体是一种拉伸回弹性好、拉伸形变敏感度高、形变域较宽、稳定性和重复循环性优良、且具有超疏水功能的应变传感器材料。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料，为层层复合结构；包括有机硅弹性体基底，以及导电粒子附着于基底打磨处理面构筑的导电粒子层。
所述的传感器材料中有机硅弹性基底打磨处理面构筑有微纳米尺度的粗糙裂纹结构，且该表面最外层为导电粒子密集堆叠褶皱层。
所述的传感器材料导电粒子附着面的面电阻为<104Ω。材料具有较好的雨水冲刷、酸碱浸泡、高温等复杂环境耐受性：导电粒子密集堆叠的样品表面呈现疏水性，经过酸碱腐蚀以及胶带多次粘扯、多次拉伸形变后粒子层稳固。材料的面电阻对拉伸形变(拉力作用)呈现敏感响应。
作为优选，所述的裂缝呈单向平行于拉伸方向分布、单向垂直于拉伸方向分布、平行与垂直拉伸方向双向交错分布、菱形网格分布或者无规分布中的一种；更为优选，所述裂缝呈平行与垂直拉伸方向双向交错分布结构。
作为优选，所述裂缝深度为500nm-200μm，宽度为500nm-10μm；更为优选，所述裂缝深度为30-50μm，宽度为1-10μm。
作为优选，所述导电粒子选自微纳米尺度的球形导电粒子、一维导电粒子中的一种或几种。
作为优选，所述导电粒子包括未处理的导电粒子、表面活性剂处理的导电粒子、羟基或者羧基化导电粒子。
作为优选，所述的一维导电粒子为碳纳米管。
作为优选，所述碳纳米管直径<100nm，长度<50μm；更为优选，所述碳纳米管直径<20nm，长度<30μm。
作为优选，所述的应变传感器材料上表面疏水角≥150°。
作为优选，所述有机硅弹性体的主体原料为液体硅油；更为优选，所述液体硅油为端羟基硅油。
作为优选，所述有机硅弹性体的自交联方式为脱醇缩合型。
作为优选，所述的有机硅弹性体柔性基底为增强填料改性的有机硅缩合型硅橡胶，其断裂伸长率>100％。
本发明的第二个目的是提供了一种界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)、将有机硅弹性体原料加入到有机溶剂中借助搅拌作用充分溶解，得到有机硅弹性体原料溶液；然后将有机硅弹性体原料溶液倒入聚四氟乙烯模具，室温放置8-36h，得到膜厚200-2000μm表面初步固化的柔性有机硅弹性体基底。
所述有机硅弹性体原料包括液体硅油、交联固化剂、偶联剂、催化剂、增强填料；
作为优选，偶联剂为环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷，N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种；所述偶联剂与液体硅油的质量比为(5～10)：100；
作为优选，交联固化剂为乙烯基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷中的一种；所述交联固化剂与液体硅油的质量比为(6～14)：100；
更为优选，交联固化剂为乙烯基三甲氧基硅烷；
作为优选，催化剂为环烷酸钛、钛酸异丙酯、钛酸乙酯中的一种或多种；所述催化剂与液体硅油的质量比为(0.5～1)：100；
更为优选，催化剂为环烷酸钛；
作为优选，增强填料为二氧化硅、硅烷改性二氧化硅中的一种或多种；所述增强填料与液体硅油的质量比为(50～120)：100；
作为优选，所述有机硅弹性体原料与有机溶剂的质量体积比为1g：2～15ml；
作为优选，步骤(1)所述的室温放置的时间为10-20h；
作为优选，表面初步固化的柔性有机硅弹性体基底膜厚为200-800μm。
作为优选，表面初步固化的柔性有机硅弹性体基底的断裂伸长率>100％。
步骤(2)、使用砂纸打磨步骤(1)所得表面初步固化的柔性有机硅弹性体基底其中一表面，在该基底表面构筑带有微纳米尺度裂缝的粗糙结构，同时打磨去除了固化比较完全的有机硅弹性体光滑外表面，使其内部未完全固化的次表层面外露，使得新表面有利于有机溶剂分子浸润溶胀；打磨处理后5min内将其切割成长方体样条，并放入有机溶剂中浸泡溶胀，起到溶胀和阻碍交联的作用，得到有机硅弹性体基底样条；
作为优选，步骤(2)所述砂纸的规格为100-3000目；更为优选为200-800目。
作为优选，步骤(2)所述砂纸打磨压力为0.1-50N，更为优选为0.5-20N。
步骤(3)、将导电粒子加入到有机溶剂中，超声分散10-60min，超声功率100-800W得到导电填料悬浮液；所述导电填料悬浮分散液的浓度为0.1-20mg/ml；
作为优选，步骤(1)、(3)中，所述有机溶剂选自正己烷、环己烷、石油醚、正庚烷、四氢呋喃中的一种或几种；步骤(1)-(3)中所用溶剂相同。
作为优选，步骤(3)中超声功率为200-600W，超声时长为20-30min。
作为优选，所述导电填料悬浮分散液的浓度为1-10mg/ml；
步骤(4)、将步骤(2)所得的有机硅弹性体基底样条浸泡15-60min后捞出，放入步骤(3)导电粒子悬浮液中；有机硅弹性体基底样条被有机溶剂充分溶胀，在超声作用下将导电粒子锚定于样条打磨处理面，超声时间为0.5-5h，超声功率为100-1000W；然后将样条取出干燥后排除有机溶剂，同时让有机硅弹性体完全固化；最后将其放入乙醇溶液中超声清洗1-5min，超声功率为100-500W，除去未嵌入硅橡胶表面层的导电粒子，进一步干燥后即得到界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料。
作为优选，步骤(4)所得的有机硅弹性体基底样条放入导电粒子悬浮液中超声作用0.5-3h，超声功率优选为200-500W。
作为优选，步骤(4)中乙醇溶液中超声清洗时间为1-5min，超声功率为200-400W。
步骤(5)、在步骤(4)制备的应变传感器材料导电粒子层两端贴上电极，制得应变传感器。
本发明的第三个目的是提供上述高性能多功能化应变传感器在可穿戴式应变传感器上的应用。
作为优选，上述高性能多功能化应变传感器在微小形变生命体征和大形变肢体行为监测上的应用。
更为优选，所述微小形变生命体征为脉搏、呼吸。
更为优选，所述大形变肢体行为为手指、膝盖关节弯曲。
本发明所制备的界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料具有拉伸回弹性好、灵敏度高、形变量大、稳定性和重复循环性优良等特点，因而可作为导电高分子材料、弹性应变传感器材料使用。作为可穿戴式应变传感器可应用于脉搏、呼吸等微小形变生命体征及手指、膝盖关节弯曲等大形变肢体行为的监测。且不需要氟硅类低表面能物质处理即可实现该材料的导电粒子密集堆叠层这一表面的超疏水性，从而使得该传感器具有很好的耐雨水冲刷、酸碱水腐蚀能力与自清洁功能。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)多层次敏感结构：弹性体基底表面构筑具有微纳尺度的微裂缝结构，最外层为大量导电粒子密集堆叠层，呈现粗糙的褶皱结构；构筑裂缝的方法仅用简单的物理打磨法。
(2)未完全固化的粗糙裂缝结构有机硅弹性体基底表面容易被有机溶剂溶胀，从而为导电粒子的嵌入提供更大的空间与作用面。导电粒子在超声作用下牢固嵌入于有机硅弹性体基底表面，干燥进一步固化后被牢固锁定，从而构筑出导电粒子层与基底层间的牢固界面；
上述(1)(2)结构特征，使得材料在拉伸过程中，界面稳固的导电粒子层网络结构的可很好的随硅橡胶基体层表面的裂缝的扩大/回复、褶皱的平展与回复发生分离/回复。
(3)材料可承受大形变，作为传感器检测形变范围大、敏感性好、可循环利用；
(4)材料具有较好的雨水冲刷、酸碱水浸泡、高低温等环境耐受性：上表面(工作面)呈现微纳尺度的粗糙结构，疏水性≥150°；经过酸碱腐蚀以及胶带多次粘扯后粒子层稳固；温度使用范围为(-30-120℃)。
附图说明
图1(a)为打磨后具有双向交错裂缝粗糙结构的室温硫化硅橡胶样条表面扫描电镜图；(b)-(c)为实施例1制备的界面稳固的高性能多功能化应变传感器的扫描电镜图(图像放大倍数为50、5000倍)；(d)为基底样条表面打磨处理对导电粒子附着程度的影响：实施例1表面打磨处理，对比例1表面未打磨处理。
图2(a)为实施例1步骤(2)打磨处理后得到的硅橡胶基底样条立刻正己烷浸泡后的打磨面与整体溶胀情况照片，图2(b)-(c)分别为对比例1-2步骤(1)制备的未打磨硅橡胶基底样条正己烷浸泡后的表面与整体溶胀情况照片。
图3为本实施例1制备的界面稳固的高性能多功能化应变传感器不同拉伸应变、胶带粘扯和酸碱腐蚀后的接触角和滚动角。前后接触角和滚动角变化不大，表面涂层组装牢度度好；其中(a)为不同拉伸应变，(b)为不同胶带粘扯，(c)为酸腐蚀后的接触角，(d)为碱腐蚀后的接触角。
图4为本实施例1制备的界面稳固的高性能多功能化应变传感器在胶带粘扯前后表面微观形貌的变化；其中(a)为0次，(b)为(a)放大图，(c)为50次，(d)为(c)放大图，(e)为100次，(f)为(e)放大图。
图5为本实施例1制备的界面稳固的高性能多功能化应变传感器经2000次循环拉伸测试过程的面电阻响应行为。
图6为本实施例1制备的界面稳固的高性能多功能化应变传感器检测人体生命体征与发音行为的相对面电阻实时变化；其中(a)为手腕脉搏行为的相对面电阻实时变化，(b)为(a)部分放大图，(c)为吞咽、咳嗽行为的相对面电阻实时变化，(d)为具体发音行为的相对面电阻实时变化。
图7(a)为所得实施例1试样的水接触角测试图；(b)为所得实施例1试样的滚动角数据图；(c)为水冲刷20min后试样测试的面电阻变化率-拉伸应变关系曲线；(d)在水中与空气中的拉敏行为示范。
图8为实施例3制备的界面稳固的高性能多功能化应变传感器的面电阻变化率-拉伸应变关系曲线；其中(a)为拉伸比例标尺，(b)为面电阻变化率-拉伸应变关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
(1)将粘度10000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷(107硅油)100g、粘度8000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷(107硅油)30g、硅烷改性二氧化硅60g依次投入DLH-5L实验型动力混合机中搅拌，140℃加热、抽真空脱水2h；冷却至室温后，加入6.5g氨丙基三乙氧基硅烷，13g乙烯基三甲氧基硅烷、1.3g钛酸异丙酯和55g硅烷改性二氧化硅，在-0.09MPa真空条件下搅拌混合均匀，得到有机硅弹性体原料并密封保存。将1g有机硅弹性体原料加入到7ml有机溶剂正己烷中借助搅拌作用充分溶解，得到有机硅弹性体原料溶液；之后倒入聚四氟乙烯模具，室温放置的时间为12h，得到膜厚400μm表面初步固化的柔性有机硅弹性体基底。
(2)使用200目砂纸5N压力下打磨有机硅弹性体基底上表面，在基体表面构筑带有平行与垂直拉伸方向双向交错裂缝的粗糙结构，同时打磨去除了已完全固化的有机硅弹性体光滑外表面，使其内部未完全固化的次表层面外露，之后5min内将其切割成长方体样条，并放入有机溶剂中浸泡溶胀，得到有机硅弹性体基底样条。
(3)将碳纳米管(直径为10-20nm，长度15μm)加入到正己烷中，超声分散30min，超声功率为300W，得到浓度为10mg/ml导电填料悬浮分散液。
(4)将步骤(2)所得的有机硅弹性体基底样条于浸泡后20min，放入上述导电粒子悬浮液中超声作用1h，超声功率为300W。导电粒子锚定后的样条取出干燥后排除正己烷溶剂同时，让有机硅弹性体完全固化。之后放入乙醇溶液中超声清洗2min，超声功率为400W。除去未嵌入硅橡胶表面层的导电粒子，进一步干燥除去乙醇溶剂后即得到界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料。
(5)在上述步骤制备的应变传感器材料上表面两端贴上电极，制得简易的应变传感器。
实施例2
(1)将粘度10000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷(107硅油)100g、粘度50000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷70g、硅烷改性二氧化硅30g依次投入DLH-5L实验型动力混合机中，140℃加热、抽真空脱水2h；冷却至室温后，加入8.5g环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷，23.5g乙烯基三甲氧基硅烷、0.85g钛酸乙酯和55g的二氧化硅，在-0.09MPa真空条件下搅拌混合均匀，得到有机硅弹性体原料并密封保存。将1g有机硅弹性体原料加入到2ml四氢呋喃中借助搅拌作用充分溶解，得到有机硅弹性体原料稀释溶液；之后倒入聚四氟乙烯模具，室温放置的时间为24h，得到膜厚2000μm表面初步固化的柔性有机硅弹性体基底。
(2)使用100目砂纸在0.1N压力下打磨有机硅弹性体基底上表面，在基体表面构筑带有双向交错裂缝的粗糙结构，同时打磨去除了已完全固化的有机硅弹性体光滑外表面，使其内部未完全固化的次表层面外露，之后5min内将其切割成长方体样条，并放入有机溶剂中浸泡溶胀，得到有机硅弹性体基底样条。
(3)将炭黑加入到四氢呋喃中，超声分散10min，超声功率为800W得到导电填料悬浮分散液；所述导电填料悬浮分散液的浓度为10mg/ml。
(4)将步骤(2)所得的有机硅弹性体基底样条浸泡60min后，放入上述导电粒子悬浮液中超声作用5h，超声功率为1000W。导电粒子锚定后的样条取出干燥后排除四氢呋喃溶剂同时，让有机硅弹性体完全固化。之后放入乙醇溶液中超声清洗2min，超声功率为500W。除去未嵌入硅橡胶表面层的导电粒子，进一步干燥除去乙醇溶剂后即得到界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料。
(5)在上述步骤制备的应变传感器材料上表面两端贴上电极，制得简易的应变传感器。
实施例3
(1)将粘度30000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷(107硅油)150g、粘度800mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷(107硅油)10g、硅烷改性二氧化硅120g依次投入DLH-5L实验型动力混合机中，140℃加热、抽真空脱水2h；冷却至室温后，加入15g氨丙基三乙氧基硅烷、15g苯基三甲氧基硅烷、1.5g环烷酸钛、60g的硅烷改性二氧化硅，在-0.09MPa真空条件下搅拌混合均匀，得到有机硅弹性体原料。将有机硅弹性体原料加入到环己烷中借助搅拌作用充分溶解，得到有机硅弹性体原料溶液；所述有机硅弹性体原料与溶剂用量比为：每15ml有机溶剂中投入1g有机硅弹性体原料；之后倒入聚四氟乙烯模具，室温放置的时间为20h，得到膜厚300μm表面初步固化的柔性有机硅弹性体基底。
(2)使用3000目砂纸在50N压力下打磨有机硅弹性体基底上表面，在基体表面构筑带有平行与垂直双向交错裂缝的粗糙结构，同时打磨去除了已完全固化的有机硅弹性体光滑外表面，使其内部未完全固化的次表层面外露，之后5min内将其切割成长方体样条，并放入有机溶剂中浸泡溶胀，得到有机硅弹性体基底样条。
(3)将碳纳米管(直径为8nm，长度2μm)加入到环己烷中，超声分散30min，超声功率为100W，得到导电填料悬浮分散液；所述导电填料悬浮分散液的浓度为3mg/ml。
(4)将步骤(2)所得的有机硅弹性体基底样条于浸泡20min后，放入上述导电粒子悬浮液中超声作用2h，超声功率为100W。导电粒子锚定后的样条取出干燥后排除溶剂同时，让有机硅弹性体完全固化。之后放入乙醇溶液中超声清洗5min，超声功率为300W。除去未嵌入硅橡胶表面层的导电粒子，进一步干燥除去乙醇溶剂后即得到界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料。
(5)在上述步骤制备的应变传感器材料上表面两端贴上电极，制得简易的应变传感器。
实施例4
(1)将100g粘度25000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷、50g表面经有机氯硅烷处理的二氧化硅在行星搅拌器中混合均匀后,在隔湿状态下加入10g N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、8g丙基三甲氧基硅烷、1g钛酸异丙酯、55g的二氧化硅，得到有机硅弹性体原料。将有机硅弹性体原料加入到石油醚中借助搅拌作用充分溶解，得到有机硅弹性体原料稀释溶液；溶剂与有机硅弹性体原料用量比为：每5ml有机溶剂中投入1g有机硅弹性体原料；之后倒入聚四氟乙烯模具，室温放置的时间为28h，得到膜厚1000μm表面初步固化的柔性有机硅弹性体基底。
(2)使用500目砂纸在30N压力下打磨有机硅弹性体基底上表面，在基体表面构筑带有双向交错裂缝的粗糙结构，同时打磨去除了已完全固化的有机硅弹性体光滑外表面，使其内部未完全固化的次表层面外露，之后5min内将其切割成长方体样条，并放入有机溶剂中浸泡溶胀，得到有机硅弹性体基底样条。
(3)将碳纳米管(直径为80nm，长度20μm)加入到有机溶剂中，超声分散20min，超声功率为500W，得到导电填料悬浮分散液；所述导电填料悬浮分散液的浓度为1mg/ml。
(4)将步骤(2)所得的有机硅弹性体基底样条浸泡30min后，放入上述导电粒子悬浮液中超声作用1h，超声功率为300W。导电粒子锚定后的样条取出干燥后排除溶剂同时，让有机硅弹性体完全固化。之后放入乙醇溶液中超声清洗1min，超声功率为500W。除去未嵌入硅橡胶表面层的导电粒子，进一步干燥除去乙醇溶剂后即得到界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料。
(5)在上述步骤制备的应变传感器材料上表面两端贴上电极，制得简易的应变传感器。
实施例5
(1)将粘度20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷(107硅油)100g、粘度5000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷70g、硅烷改性二氧化硅100g依次投入DLH-5L实验型动力混合机中，140℃加热、抽真空脱水2h；冷却至室温后，加入17gN-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、20g乙烯基三甲氧基硅烷、1.7g钛酸乙酯、50g硅烷改性二氧化硅，在-0.09MPa真空条件下搅拌混合均匀，得到有机硅弹性体原料。将有机硅弹性体原料加入到正庚烷有机溶剂中借助搅拌作用充分溶解，得到有机硅弹性体原料溶液；有机硅弹性体原料与溶剂的用料比为：每12ml有机溶剂中投入1g有机硅弹性体原料；之后倒入聚四氟乙烯模具，室温放置的时间为10h，得到膜厚600μm表面初步固化的柔性有机硅弹性体基底。
(2)使用500目砂纸在20N压力下砂纸打磨有机硅弹性体基底上表面，在基体表面构筑带有单向垂直拉伸方向裂缝的粗糙结构，同时打磨去除了已完全固化的有机硅弹性体光滑外表面，使其内部未完全固化的次表层面外露，之后5min将其切割成长方体样条，并放入有机溶剂中浸泡溶胀，得到有机硅弹性体基底样条。
(3)将碳纳米管(直径为90nm，长度30μm)加入到有机溶剂中，超声分散15min，超声功率为300W，得到导电填料悬浮分散液；所述导电填料悬浮分散液的浓度为12mg/ml。
(4)将步骤(2)所得的有机硅弹性体基底样条浸泡40min后，放入上述导电粒子悬浮液中超声作用2h，超声功率为400W。导电粒子锚定后的样条取出干燥后排除溶剂同时，让有机硅弹性体完全固化。之后放入乙醇溶液中超声清洗2min，超声功率为400W。除去未嵌入硅橡胶表面层的导电粒子，进一步干燥除去乙醇溶剂后即得到界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料。
(5)在上述步骤制备的应变传感器材料上表面两端贴上电极，制得简易的应变传感器。
实施例6
(1)将粘度15000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷(107硅油)100g、粘度7000mPa·s的107硅油70g、硅烷改性二氧化硅50g依次投入DLH-5L实验型动力混合机中，140℃加热、抽真空脱水2h；冷却至室温后，加入17g环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、10g乙烯基三甲氧基硅烷、1.5g钛酸异丙酯、60g的硅烷改性二氧化硅，在-0.09MPa真空条件下搅拌混合均匀，得到有机硅弹性体原料。将有机硅弹性体原料加入到正己烷有机溶剂中借助搅拌作用充分溶解，得到有机硅弹性体原料溶液；所述有机硅弹性体原料与溶剂的用量比为：每3ml有机溶剂中投入1g有机硅弹性体原料；之后倒入聚四氟乙烯模具，室温放置的时间为36h，得到膜厚2000μm表面初步固化的柔性有机硅弹性体基底。
(2)使用500目砂纸在30N打磨有机硅弹性体基底上表面，在基体表面构筑带有双向交错裂缝的粗糙结构，同时打磨去除了已完全固化的有机硅弹性体光滑外表面，使其内部未完全固化的次表层面外露，之后5min内将其切割成长方体样条，并放入有机溶剂中浸泡溶胀，得到有机硅弹性体基底样条。
(3)将碳纳米管(直径为80nm，长度20μm)加入到有机溶剂中，超声分散20min，超声功率为500W，得到导电填料悬浮分散液；所述导电填料悬浮分散液的浓度为1mg/ml。
(4)将步骤(2)所得的有机硅弹性体基底样条浸泡60min后，放入上述导电粒子悬浮液中超声作用3h，超声功率为300W。导电粒子锚定后的样条取出干燥后排除溶剂同时，让有机硅弹性体完全固化。之后放入乙醇溶液中超声清洗1min，超声功率为500W。除去未嵌入硅橡胶表面层的导电粒子，进一步干燥除去乙醇溶剂后即得到界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料。
(5)在上述步骤制备的应变传感器材料上表面两端贴上电极，制得简易的应变传感器。
实施例7
(1)将粘度50000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷(107硅油)100g、粘度3000mPa·s的107硅油20g、硅烷改性二氧化硅100g依次投入DLH-5L实验型动力混合机中，140℃加热、抽真空脱水2h；冷却至室温后，加入16.8g苯基三甲氧基硅烷、17g环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、1.2g环烷酸铋、44g的硅烷改性二氧化硅，在-0.09MPa真空条件下搅拌混合均匀，得到有机硅弹性体原料并密封保存。将有机硅弹性体原料加入到正己烷有机溶剂中借助搅拌作用充分溶解，得到有机硅弹性体原料溶液；所述有机硅弹性体原料与溶剂的用量比为：每5ml有机溶剂中投入1g有机硅弹性体原料；之后倒入聚四氟乙烯模具，室温放置的时间为28h，得到膜厚1000μm表面初步固化的柔性有机硅弹性体基底。
(2)使用500目砂纸在30N打磨打磨有机硅弹性体基底上表面，在基体表面构筑带有双向交错裂缝的粗糙结构，同时打磨去除了已完全固化的有机硅弹性体光滑外表面，使其内部未完全固化的次表层面外露，之后5min内将其切割成长方体样条并放入有机溶剂中浸泡溶胀，得到有机硅弹性体基底样条。
(3)将碳纳米管(直径为80nm，长度20μm)加入到有机溶剂中，超声分散20min，超声功率为500W，得到导电填料悬浮分散液；所述导电填料悬浮分散液的浓度为1mg/ml。
(4)将步骤(2)所得的有机硅弹性体基底样条于浸泡40min后，放入上述导电粒子悬浮液中超声作用2h，超声功率为300W。导电粒子锚定后的样条取出干燥后排除溶剂同时，让有机硅弹性体完全固化。之后放入乙醇溶液中超声清洗1min，超声功率为500W。除去未嵌入硅橡胶表面层的导电粒子，进一步干燥除去乙醇溶剂后即得到界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料。
(5)在上述步骤制备的应变传感器材料上表面两端贴上电极，制得简易的应变传感器。
实施例8
(1)将粘度20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷(107硅油)100g、粘度8000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷40g、硅烷改性二氧化硅100g依次投入DLH-5L实验型动力混合机中，140℃加热、抽真空脱水2h；冷却至室温后，加入18g N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、19.6g环烷酸钛、60g的硅烷改性二氧化硅，在-0.09MPa真空条件下搅拌混合均匀，得到有机硅弹性体原料。将1g有机硅弹性体原料加入到10ml有机溶剂正庚烷中借助搅拌作用充分溶解，得到有机硅弹性体原料液，之后倒入聚四氟乙烯模具，室温放置的时间为10h，得到膜厚200μm表面初步固化的柔性有机硅弹性体基底。
(2)使用300目砂纸在10N打磨有机硅弹性体基底上表面，在基体表面构筑带有双向交错裂缝的粗糙结构，同时打磨去除了已完全固化的有机硅弹性体光滑外表面，使其内部未完全固化的次表层面外露，之后5min内将其切割成长方体样条并放入有机溶剂中浸泡溶胀，得到有机硅弹性体基底样条。
(3)将碳纳米管(直径为80nm，长度20μm)加入到有机溶剂正庚烷中，超声分散20min，超声功率为500W，得到浓度为1mg/ml的导电填料悬浮分散液。
(4)将步骤(2)所得的有机硅弹性体基底样条于浸泡15min后，放入上述导电粒子悬浮液中超声作用2h，超声功率为300W。导电粒子锚定后的样条取出干燥后排除溶剂同时，让有机硅弹性体完全固化。之后放入乙醇溶液中超声清洗1min，超声功率为500W。除去未嵌入硅橡胶表面层的导电粒子，进一步干燥除去乙醇溶剂后即得到界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料。
(5)在上述步骤制备的应变传感器材料上表面两端贴上电极，制得简易的应变传感器。
对比例1
(1)将粘度10000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷(107硅油)100g、粘度8000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷(107硅油)30g、硅烷改性二氧化硅60g依次投入DLH-5L实验型动力混合机中搅拌，140℃加热、抽真空脱水2h；冷却至室温后，加入6.5g氨丙基三乙氧基硅烷，13g乙烯基三甲氧基硅烷、1.3g钛酸异丙酯和55g硅烷改性二氧化硅，在-0.09MPa真空条件下搅拌混合均匀，得到有机硅弹性体原料并密封保存。将1g有机硅弹性体原料加入到7ml有机溶剂正己烷中借助搅拌作用充分溶解，得到有机硅弹性体原料溶液；之后倒入聚四氟乙烯模具，室温放置的时间为12h，得到膜厚400μm表面初步固化的柔性有机硅弹性体基底。之后5min内将其切割成长方体样并放入有机溶剂中浸泡溶胀，得到有机硅弹性体基底样条。
(2)将碳纳米管(直径为10-20nm，长度15μm)加入到有机溶剂正己烷中，超声分散30min，超声功率为300W，得到浓度为10mg/ml导电填料悬浮分散液。
(3)将步骤(1)所得的有机硅弹性体基底样条于浸泡20min后，放入上述导电粒子悬浮液中超声作用1h，超声功率为300W。样条取出干燥后排除溶剂同时，让有机硅弹性体完全固化。之后放入乙醇溶液中超声清洗2min，超声功率为400W。除去未嵌入硅橡胶表面层的导电粒子，进一步干燥除去乙醇溶剂。
(4)制备的试样表面，碳管很难沉积形成导电层，无法制备导电硅橡胶基复合材料。
对比例2
(1)将粘度10000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷(107硅油)100g、粘度8000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷(107硅油)30g、硅烷改性二氧化硅60g依次投入DLH-5L实验型动力混合机中搅拌，140℃加热、抽真空脱水2h；冷却至室温后，加入6.5g氨丙基三乙氧基硅烷，13g乙烯基三甲氧基硅烷、1.3g钛酸异丙酯和55g硅烷改性二氧化硅，在-0.09MPa真空条件下搅拌混合均匀，得到有机硅弹性体原料并密封保存。将1g有机硅弹性体原料加入到7ml有机溶剂正己烷中借助搅拌作用充分溶解，得到有机硅弹性体原料溶液；之后倒入聚四氟乙烯模具，室温放置的时间为120h，得到膜厚400μm表面初步固化的柔性有机硅弹性体基底，之后将其切割成长方体样并放入有机溶剂中浸泡溶胀，得到有机硅弹性体基底样条。
(2)将碳纳米管(直径为10-20nm，长度15μm)加入到有机溶剂正己烷中，超声分散30min，超声功率为300W，得到浓度为10mg/ml导电填料悬浮分散液。
(3)将步骤(1)所得的有机硅弹性体基底样浸泡5min后，放入上述导电粒子悬浮液中超声作用1h，超声功率为300W。样条取出干燥后排除溶剂同时，让有机硅弹性体完全固化。之后放入乙醇溶液中超声清洗2min，超声功率为400W。除去未嵌入硅橡胶表面层的导电粒子，进一步干燥除去乙醇溶剂。
(4)制备的试样表面，碳管很难沉积形成导电层，无法制备导电硅橡胶基复合材料。
以实施例1制备的传感器材料与简易传感器为检测对象，图1a为打磨后具有双向交错裂缝粗糙结构的室温硫化硅橡胶样条表面扫描电镜图；b、c为实施例1制备的界面稳固的高性能多功能化应变传感器的扫描电镜图(图像放大倍数为50、5000倍)，d为基底样条表面打磨处理对导电粒子附着程度的影响：实施例1表面打磨处理，对比例1表面未打磨处理。由图可知，打磨处理后的样品表面黑色碳管密集分布，故基底由原来的白色变为黑色。
图2(a)为实施例1步骤(2)打磨处理后得到的硅橡胶基底样条立刻正己烷浸泡后的打磨处理面与整体溶胀情况照片，图2(b)、(c)分别为对比例1、对比例2步骤(1)制备的硅橡胶基底样条正己烷浸泡后的表面与整体溶胀情况照片。由图可知，打磨处理后的实施例1样条溶胀后打磨面呈模糊状态，而对比例1、2的表面平整光滑，且溶胀后实施例1的体积大于实施例1和实施2。溶胀程度侧面可反映硅橡胶材料交联程度，交联度越高，溶胀度越低。由此可知打磨处理面由于交联度低且接触面更大导致溶胀程度远高于未打磨处理的样条(对比例1)表面，整体溶胀情况也高于实施例1和实施例2。证明打磨处理面溶胀后更易于粒子锚定组装，且后续干燥进一步固化后能牢固锚定。
图3为实施例1应变传感器材料在不同拉伸应变、胶带粘扯作用和酸碱腐蚀后的接触角和滚动角，在各种复杂条件下，接触角和滚动角均未表现出明显的变化。该疏水性主要归因于粒子堆叠的微纳粗糙结构，因此从作用前后疏水性的很好保持可反映出材料经历多次拉伸应变、胶带粘扯和酸碱腐蚀后的粒子层附着的稳固性。
图4为实施例1应变传感器材料在胶带粘扯前后表面微观形貌的变化。由图可知，由于粒子牢固组装于硅橡胶基底表面，故多次胶带粘扯后粒子层形貌几乎不变化。
图5为实施例1应变传感器材料2000次循环拉伸(拉伸形变从0％到40％)过程的面电阻响应行为曲线，表明该应变传感器具有出色的耐久性和循环稳定性。
图6为所得实施例1试样的应用示范，将其粘附在人体的手腕、喉咙部位处，监测脉搏与发音等行为，均得到灵敏的响应，且由每个电信号的差异性可检测到部位变化的差异，表明该材料具有很好的应用前景。
图7为所得实施例1试样的疏水性与水冲刷、水中浸泡环境的应变传感行为应用示范。结果表明，该材料具有超疏水性，很好的耐水冲刷性，故适合雨水中、水浸泡环境中可穿戴式应变传感器的应用。
图8为实施例3制备的界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料形变量为150％时的拉伸-往复循环照片与其面电阻变化率-拉伸应变关系曲线。表明该材料具有很好的大形变能力与高的灵敏度。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)、将有机硅弹性体原料加入到有机溶剂中借助搅拌作用充分溶解，得到有机硅弹性体原料溶液；然后将有机硅弹性体原料溶液倒入聚四氟乙烯模具，室温放置8-36h，得到膜厚200-2000μm表面初步固化的柔性有机硅弹性体基底；
所述有机硅弹性体原料包括液体硅油、交联固化剂、偶联剂、催化剂、增强填料；
步骤(2)、使用砂纸打磨步骤(1)所得表面初步固化的柔性有机硅弹性体基底其中一表面，在该基底表面构筑带有微纳米尺度裂缝的粗糙结构，同时打磨去除了固化比较完全的有机硅弹性体光滑外表面，使其内部未完全固化的次表层面外露，使得新表面有利于有机溶剂分子浸润溶胀；打磨处理后5min内将其切割成长方体样条，并放入有机溶剂中浸泡溶胀，起到溶胀和阻碍交联的作用，得到有机硅弹性体基底样条；
所述裂缝深度为500nm-200μm，宽度为500nm-10μm；
步骤(3)、将导电粒子加入到有机溶剂中，超声分散10-60min，超声功率100-800W得到导电填料悬浮液；所述导电填料悬浮分散液的浓度为0.1-20mg/ml；
步骤(4)、将步骤(2)所得的有机硅弹性体基底样条浸泡15-60min后捞出，放入步骤(3)导电粒子悬浮液中；有机硅弹性体基底样条被有机溶剂充分溶胀，在超声作用下将导电粒子锚定于样条打磨处理面，然后将样条取出干燥后排除有机溶剂，同时让有机硅弹性体完全固化；最后将其放入乙醇溶液中超声清洗，除去未嵌入硅橡胶表面层的导电粒子，进一步干燥后即得到界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料；
步骤(5)、在步骤(4)制备的应变传感器材料导电粒子层两端贴上电极，制得应变传感器。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述偶联剂为环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷，N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种；所述偶联剂与液体硅油的质量比为(5～10)：100；
所述交联固化剂为乙烯基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷中的一种；所述交联固化剂与液体硅油的质量比为(6～14)：100；
所述催化剂为环烷酸钛、钛酸异丙酯、钛酸乙酯中的一种或多种；所述催化剂与液体硅油的质量比为(0.5～1)：100；
所述增强填料为二氧化硅、硅烷改性二氧化硅中的一种或多种；所述增强填料与液体硅油的质量比为(50～120)：100。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于表面初步固化的柔性有机硅弹性体基底的断裂伸长率>100％。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)、(3)中，所述有机溶剂选自正己烷、环己烷、石油醚、正庚烷、四氢呋喃中的一种或几种；步骤(1)-(3)中所用溶剂相同。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)所述将导电粒子锚定于样条打磨处理面的超声时间为0.5-5h，超声功率为100-1000W；超声清洗时间为1-5min，超声功率为100-500W。
6.一种界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料，为层层复合结构；其特征在于包括有机硅弹性体基底，以及导电粒子附着于基底打磨处理面构筑的导电粒子层，导电粒子附着面的面电阻<104Ω；
所述的传感器材料中有机硅弹性基底打磨处理面构筑有微纳米尺度的粗糙裂纹结构，且该表面最外层为导电粒子密集堆叠褶皱层；其中所述裂缝深度为500nm-200μm，宽度为500nm-10μm。
7.如权利要求1所述的一种界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料，其特征在于所述的裂缝呈单向平行于拉伸方向分布、单向垂直于拉伸方向分布、平行与垂直拉伸方向双向交错分布、菱形网格分布或者无规分布中的一种。
8.如权利要求1所述的一种界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料，其特征在于所述导电粒子选自微纳米尺度的球形导电粒子、一维导电粒子中的一种或几种。
9.如权利要求6-8任一项所述的一种界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料在雨水冲刷环境下、水中可穿戴式应变传感器上的应用。
10.如权利要求6-8任一项所述的一种界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料在微小形变生命体征和大形变肢体行为监测上的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210096207.8A CN114427827B (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 一种界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210096207.8A CN114427827B (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 一种界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114427827A true CN114427827A (zh) | 2022-05-03 |
| CN114427827B CN114427827B (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=81313796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210096207.8A Active CN114427827B (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 一种界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114427827B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI798107B (zh) * | 2022-06-01 | 2023-04-01 | 大陸商業泓科技（成都）有限公司 | 改善超聲波指紋識別的複層導電膜及其製備方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120266685A1 (en) * | 2009-10-01 | 2012-10-25 | Jin-Woo Choi | Apparatus and method for nanocomposite sensors |
| CN108050926A (zh) * | 2018-01-23 | 2018-05-18 | 郑州大学 | 具有高灵敏度和大应变响应的应变传感器及其制备方法 |
| CN110726364A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-01-24 | 湘潭大学 | 一种具有应变隔离效应的柔性应变传感器 |
| CN112697034A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-04-23 | 湖南大学 | 一种石墨烯复合材料柔性应变传感器及其制备方法 |
-
2022
- 2022-01-26 CN CN202210096207.8A patent/CN114427827B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120266685A1 (en) * | 2009-10-01 | 2012-10-25 | Jin-Woo Choi | Apparatus and method for nanocomposite sensors |
| CN108050926A (zh) * | 2018-01-23 | 2018-05-18 | 郑州大学 | 具有高灵敏度和大应变响应的应变传感器及其制备方法 |
| CN110726364A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-01-24 | 湘潭大学 | 一种具有应变隔离效应的柔性应变传感器 |
| CN112697034A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-04-23 | 湖南大学 | 一种石墨烯复合材料柔性应变传感器及其制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI798107B (zh) * | 2022-06-01 | 2023-04-01 | 大陸商業泓科技（成都）有限公司 | 改善超聲波指紋識別的複層導電膜及其製備方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114427827B (zh) | 2024-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109576905A (zh) | 一种基于MXene的柔性聚氨酯纤维膜应变传感器 | |
| CN109785995B (zh) | 一种用于制备柔性压阻式传感器的多孔导电浆料及其制备方法和应用 | |
| CN113720254B (zh) | 一种强度线型双响应的柔性应变传感器及其制备方法 | |
| CN110726364B (zh) | 一种具有应变隔离效应的柔性应变传感器 | |
| CN106946221A (zh) | 基于“v”型槽阵列电极的柔性压力传感器制作方法 | |
| CN109950045A (zh) | 一种具有可调控类挠曲电效应的挠曲电驻极体及其制备方法 | |
| CN114427827A (zh) | 一种界面稳固的高性能多功能化应变传感器材料及其制备方法与应用 | |
| CN113029398B (zh) | 一种用于检测心音信号的高灵敏度柔性压力传感器 | |
| US20230257623A1 (en) | Precursor for super-hydrophobic composite coating and preparation method therefor | |
| CN109228578B (zh) | 一种石墨烯碳纳米管复合材料及其制备方法 | |
| Wang et al. | Flexible and high-performance piezoresistive strain sensors based on multi-walled carbon nanotubes@ polyurethane foam | |
| CN113203505A (zh) | 一种基于低维纳米复合材料的压力/应变双模态传感器及其制备方法 | |
| CN109855782A (zh) | 传感器用柔性导电复合膜及其制备方法以及柔性传感器 | |
| Meena et al. | Highly stretchable and robust textile-based capacitive mechanical sensor for human motion detection | |
| Ding et al. | Flexible superamphiphobic film with a 3D conductive network for wearable strain sensors in humid conditions | |
| Ge et al. | Flexible pressure sensor based on a thermally induced wrinkled graphene sandwich structure | |
| Dai et al. | Tough hydrogel–elastomer hybrids hydrophobically regulated by an MXene for motion monitoring in harsh environments | |
| Hosseini et al. | A sensitive and flexible interdigitated capacitive strain gauge based on carbon nanofiber/PANI/silicone rubber nanocomposite for body motion monitoring | |
| Wang et al. | Mechanically durable and amphiphobic rubber foam composites for strain/pressure sensors | |
| CN111766001A (zh) | 尺度可控的微皱纹金薄膜柔性裂纹传感器 | |
| CN112484888A (zh) | 一种柔性电容式压力传感器及其制备方法 | |
| CN111766000A (zh) | 基于微尺度皱纹的金薄膜柔性裂纹传感器 | |
| Hui et al. | Flexible pressure sensor array with tunable measurement range and high sensitivity | |
| Su et al. | Conductive Cross-Linkable PDMS-MXene Nanosheet Networks on Polyurethane Sponges as Robust Superhydrophobic Sensors for Human Motion Detection | |
| Acquarelli et al. | Electrical and electromechanical properties of stretchable multilayer-graphene/PDMS composite foils |
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 |