CN114674346A - 一种传感器的制备方法及传感器 - Google Patents

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汤振东
翁明岑
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Abstract

本发明涉及一种传感器的制备方法及传感器，其包括以下步骤：S1、取高分子聚合物的前驱体进行充分的搅拌，获得高分子聚合物混合液；S2、将一块多孔模板浸入高分子聚合物混合液中，并置于真空条件下静置、固化，获得多孔模板与高分子聚合物的混合物；S3、将多孔模板与高分子聚合物的混合物中的多孔模板去除，而后置于真空干燥箱中干燥后，获得高分子聚合物泡沫；S4、将高分子聚合物泡沫浸入浓度为0.01‑20 wt%的导电材料分散液中，充分浸润后，取出干燥，获得导电海绵；S5、将导电海绵封装在上基底电极、下基底电极之间制得传感器，采用以上技术方案工艺简单、成本低廉且能够制得集成压力和温度感应为一体的传感器。

Description

一种传感器的制备方法及传感器
技术领域
本发明涉及电子材料技术领域和传感器领域，具体涉及了一种传感器的制备方法及传感器。
背景技术
对于与环境友好互动的智能机器人来说，通过嵌入式传感系统进行触觉感知是必不可少的，因为它提供了视觉传感器无法识别的关键信息，如压力、温度和硬度。通过正确设计的触觉传感系统，机器人手能够在抓取物体时通过获得硬度、导热性、表面粗糙度和温度等特征来识别物体的材料。柔性多功能触觉传感器模仿人类的体感系统，可以在与人类和周围环境交互的同时检测和量化各种刺激，使机器人的操作更加先进和安全。与传统的刚性机器人相比，由高度可拉伸和可变形材料组成的柔性机器人手指在运动自由度方面具有更好的性能，并且由于其固有的顺应性和适应复杂环境的能力，可以安全地与周围环境交互。在过去的几十年中，材料识别在刚性机器人手爪中引起了越来越多的关注，而在柔性机器人中很少提及。研究证明，传统机器人可以通过在接触物体表面的同时获取温度和压力信息来识别材料。现有的用于刚性机器人的大多数温度和压力传感器很难或无法集成到用于识别材料的柔性机器人中，因为它们的灵活性差、响应速度不够快、灵敏度低，导致识别精度不令人满意。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种工艺简单、成本低廉且能够制得集成压力和温度感应一体的传感器的传感器的制备方法。
本发明的一种传感器的制备方法，采用以下技术方案：其包括以下步骤：
S1、取高分子聚合物的前驱体进行充分的搅拌，获得高分子聚合物混合液；
S2、将一块多孔模板浸入高分子聚合物混合液中，并置于真空条件下静置、固化，获得多孔模板与高分子聚合物的混合物；
S3、将多孔模板与高分子聚合物的混合物中的多孔模板去除，而后置于真空干燥箱中干燥后，获得高分子聚合物泡沫；
S4、将高分子聚合物泡沫浸入浓度为0.01-20 wt%的导电材料分散液中，充分浸润后，取出干燥，获得导电海绵；
S5、将导电海绵封装在上基底电极、下基底电极之间制得传感器。
进一步，所述步骤S1中的高分子聚合物为聚丙烯、聚乙烯、硅橡胶、氟硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯和聚丙烯腈中的任意一种或两种以上的组合。
进一步，所述步骤S2中的多孔模板为方糖或金属泡沫。
进一步，所述步骤S3中的去除多孔模板与高分子聚合物的混合物中的多孔模板采用酸、碱、有机溶剂、水中的任意一种液体清洗。
进一步，所述步骤S4中导电材料分散液中的导电材料为碳纳米管、石墨烯、MXenes、金属纳米线、炭黑中的任意一种或两种以上的组合。
进一步，所述步骤S5中的上基底电极和下基底电极分别由丝网印刷将导电铜、金、铂或钛浆料涂覆到基材上成型，或由磁控溅射法磁控的铜、铂、钛或它们的复合涂层电极沉积到基材上成型。
进一步，所述基材为机织物、针织物、非织造布或柔性高聚物薄膜中的任意一种。
进一步，所述步骤S5中的上基底电极和下基底电极之间的间距范围为0.1-5mm。
进一步，所述步骤S5中是导电海绵采用柔性织物胶带粘贴或采用热压法粘合的封装在上基底电极、导电海绵之间。
一种传感器，采用上述任意的一种的制备方法制备得到，其灵敏度高和响应速度快。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：其制作方法工艺简单、成本低廉，制得的集成了压力和温度感应为一体的传感器，无论在温度感应还是在压力感应方面，其灵敏度高和响应速度快，提高传感器的识别精度；另外其稳定性与循环性良好，使用寿命长，能适应复杂环境，适用于智能机器人。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，在附图中：
图1为本发明的传感器的制备方法流程图；
图2为本发明的传感器结构示意图；
图3为本发明实施例制备的传感器的压力传感测试数据图；
图4为本发明实施例制备的传感器的压力传感的稳定性与循环性能测试图；
图5为本发明实施例制备的传感器的温度传感测试数据图；
图6为本发明实施例制备的传感器的温度传感的稳定性与循环性能测试。
具体实施方式
参见图1所示，实施例的一种传感器的制备方法，所述高分子聚合物为聚二甲基硅氧烷、多孔模板为方糖、导电材料分散液为导电材料为碳纳米管的分散液。其中，聚二甲基硅氧烷（SG3010）购于北京航通舟科技有限公司；方糖购于内蒙古正北食品有限公司；碳纳米管分散液(XFWPMC-M33)购于南京先丰纳米材料科技有限公司。
S1、取10g聚二甲基硅氧烷A组分与10g聚二甲基硅氧烷B组分进行充分的搅拌，搅拌使用电动搅拌机，搅拌的时间为10分钟；
S2、将一块方糖（尺寸为1.1 cm * 1.1 cm * 1.1 cm）浸入上述聚二甲基硅氧烷的混合液中；
将方糖与聚二甲基硅氧烷的混合物置于真空干燥箱中静置，真空度为-0.02 MPa，静置的时间为1小时；
将真空干燥箱的温度设置为80℃进行方糖与聚二甲基硅氧烷的混合物的固化，固化的时间为2小时；
S3、将获得的固化后的方糖与聚二甲基硅氧烷的混合物浸泡于60℃的去离子水中进行清洗，而后置于80℃真空干燥箱中干燥后，获得聚二甲基硅氧烷泡沫；
S4、将聚二甲基硅氧烷泡沫浸入碳纳米管分散液中，碳纳米管分散液的浓度为10wt%，浸泡后置于80℃的真空干燥箱进行干燥，时间为2小时；此步骤循环3次后，获得碳纳米管@聚二甲基硅氧烷导电海绵；
S5、将碳纳米管@聚二甲基硅氧烷导电海绵放置于上基底电极和下基底电极之间，完成多功能传感器的构筑。
一种传感器，采用上述实施例制成，包括上基底电极1和下基底电极3和置于上基底电极2和下基底电极3之间的碳纳米管@聚二甲基硅氧烷导电海绵2。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种传感器的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
S1、取高分子聚合物的前驱体进行充分的搅拌，获得高分子聚合物混合液；
S2、将一块多孔模板浸入高分子聚合物混合液中，并置于真空条件下静置、固化，获得多孔模板与高分子聚合物的混合物；
S3、将多孔模板与高分子聚合物的混合物中的多孔模板去除，而后置于真空干燥箱中干燥后，获得高分子聚合物泡沫；
S4、将高分子聚合物泡沫浸入浓度为0.01-20 wt%的导电材料分散液中，充分浸润后，取出干燥，获得导电海绵；
S5、将导电海绵封装在上基底电极、下基底电极之间制得传感器。
2.根据权利要求1所述的一种传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的高分子聚合物为聚丙烯、聚乙烯、硅橡胶、氟硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯和聚丙烯腈中的任意一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的一种传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的多孔模板为方糖或金属泡沫。
4.根据权利要求1所述的一种传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的去除多孔模板与高分子聚合物的混合物中的多孔模板采用酸、碱、有机溶剂、水中的任意一种液体清洗。
5.根据权利要求1所述的一种传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中导电材料分散液中的导电材料为碳纳米管、石墨烯、MXenes、金属纳米线、炭黑中的任意一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的一种传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤S5中的上基底电极和下基底电极分别由丝网印刷将导电铜、金、铂或钛浆料涂覆到基材上成型，或由磁控溅射法磁控的铜、铂、钛或它们的复合涂层电极沉积到基材上成型。
7.根据权利要求6所述的一种传感器的制备方法，其特征在于：所述基材为机织物、针织物、非织造布或柔性高聚物薄膜中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤S5中的上基底电极和下基底电极之间的间距范围为0.1-5mm。
9.如权利要求1所述的一种传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤S5中是导电海绵采用柔性织物胶带粘贴或采用热压法粘合的封装在上基底电极、导电海绵之间。
10.一种传感器，其特征在于：所述传感器采用权利要求1-9的任意一项所述的一种的制备方法制备得到。
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