CN115165165A - 一种高灵敏度柔性压力传感器 - Google Patents
一种高灵敏度柔性压力传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于传感器技术领域，解决压力传感器的压力传感功能不够灵敏的问题，提供一种高灵敏度柔性压力传感器，以纤维膜为中间夹层，聚二甲基硅氧烷柔性薄膜作为顶层和底层进行封装，上层和下层是铜电极，它们的中间被双面胶带分隔开，组成柔性压力传感器，所述纤维膜由聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球通过高压近场直写技术制得，所述异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球是以异戊烷溶液为核，聚氯乙烯为壳，通过悬浮聚合合成、升温膨胀制得，本发明的有益效果：异戊烷@聚氯乙烯在100‑145℃之间会发生膨胀制得异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球，在电介质的表面和内部形成微结构，引起介电层的弹性模量降低，在外界压力下显著增加了可压缩性，显著增加了介电层在压力下的变形性能，从而提高了传感器的灵敏度。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种高灵敏度柔性压力传感器。
背景技术
压力传感器可以对外力施加于压力传感器表面时产生的变化产生感应，并对压力大小做出相应变化，柔性压力传感器是压力传感器的一种，柔性压力传感器是通过选用材料的特性，可以进行一定程度的弯曲，用于覆盖非水平表面，广泛地应用在工业、医疗、实际生活中。
当压力传感器感应到表面产生压力变化时，将压力变化转变为电学信号，因此，压力传感器制备时，需要选用对外施压力敏感的材料，即使在外施压力很微弱的状态下，也可以发生提供足够的变化，从而提高电学信号的灵敏度，而对柔性压力传感器的衬底要求而言，衬底需要有足够的弹性能够根据覆盖物的表面进行贴合覆盖的同时不影响压力传感器中的电极层和介电层性质，同时承受高应力和提供高灵敏度的信号，现有技术制备出的压力传感器的传感功能不灵敏，因此，迫切需要新技术解决这个问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明的目的是提供一种高灵敏度柔性压力传感器，解决传统压力传感器的压力传感功能不灵敏的问题。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供一种高灵敏度柔性压力传感器，是以纤维膜为中间夹层，聚二甲基硅氧烷柔性薄膜作为顶层和底层进行封装，上层和下层是铜电极，它们的中间被双面胶带分隔开，组成柔性压力传感器，所述纤维膜由聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球通过高压近场直写技术制得，所述异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球是以异戊烷溶液为核，聚氯乙烯为壳，通过悬浮聚合合成、升温膨胀制得。
为实现上述目的，本发明是通过如下方案实现的：
一种高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取六水氯化镁、氢氧化钠、去离子水混合并剧烈搅拌，制备出氢氧化镁分散体，称取引发剂偶氮二异丁腈、氯乙烯单体、发泡剂异戊烷、表面活性剂2-乙基己基硫酸钠溶液制得有机相，然后将有机相与氢氧化镁分散体混合，在无空气的顶部的搅拌反应容器中进行悬浮聚合聚合反应，升温膨胀，制得异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球；
(2)称取聚偏氟乙烯粉末加入到二甲基甲酰胺溶液中，在40℃超声波处理45分钟，制得溶液，将丙酮加入到溶液中进一步超声波处理持续15分钟，得到聚偏氟乙烯溶液；
(3)称取异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球加入到二甲基甲酰胺溶液中，磁力搅拌1小时得到异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液，然后将异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液与聚偏氟乙烯溶液混合，并进行磁力搅拌2小时以获得异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球/聚偏氟乙烯混合溶液；
(4)称取碳纳米管加入到异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球/聚偏氟乙烯混合溶液中，磁力搅拌后，得到均匀的聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液，作为直写溶液，通过高压近场直写技术制备出聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球微纳米纤维膜；
(5)将纤维膜聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球作为中间夹层，聚二甲基硅氧烷柔性薄膜作为顶层和底层进行封装，上层和下层为铜电极，它们中间被双面胶带分隔开，组装成柔性压力传感器。
优选的，所述步骤(1)中六水氯化镁、氢氧化钠、去离子水的质量比是4.5-5.5:1.3-2.3:0.05-0.07，搅拌时间为20-30分钟，氯乙烯、异戊烷、2-乙基己基硫酸钠溶液的质量比是19-25:4.8-5.5:0.5-0.8，混合转速是7000-8000rpm，混合时间是40-45秒，聚合反应温度是65-70℃，聚合反应时间是20-24小时，膨胀温度为100-145℃。
优选的，所述步骤(2)中聚偏氟乙烯粉末、二甲基甲酰胺溶液、丙酮的质量比是1.5-2:10-12:3-5。
优选的，所述步骤(3)中异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球、二甲基甲酰胺溶液的质量比是0.095-1.115:2-4，异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液与聚偏氟乙烯溶液的质量比是1-2:1-3；
优选的，所述步骤(4)中碳纳米管、异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球/聚偏氟乙烯混合溶液的质量比是1-3:100-120，磁力搅拌时间是10-12h，高压近电场的工艺参数为10μL/min注入流量，2.5kV的外加电压，0.1mm的直写高度，运动平台的移动速度为10mm/s，加热温度是100-145℃。
优选的，所述步骤(5)中柔性压力传感器的尺寸为3cm×2cm，有效工作面积为1.2cm×1.2cm。
(三)与现有技术相比，本发明方法的有益效果是：
(1)本发明提供一种高灵敏度柔性压力传感器，通过悬浮聚合合成异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球，油相单体的液滴悬浮在水和稳定剂的水相中，采用偶氮二异丁腈引发的氯乙烯自由基聚合，其中氢氧化镁和2-乙基己基硫酸钠用作稳定剂和表面活性剂，异戊烷@聚氯乙烯在100-145℃之间的范围内会发生膨胀成为异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球，形成的微结构引起介电层的弹性模量降低，这种微结构被构建在电介质的表面和内部，在外界压力下显着增加了它的可压缩性，显着增加了介电层在压力下的变形性能，从而提高了传感器的灵敏度。
(2)本发明提供一种高灵敏度柔性压力传感器，聚偏氟乙烯具有不同的晶相，高度有序的结构，高介电常数击穿强度、良好的柔韧性和热稳定性，但是聚偏氟乙烯具有低抗张性能，容易被折断，通过添加异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球可以提高其抗张性能，使其不易被折断，碳纳米管可以进一步提高聚偏氟乙烯的柔韧性、热稳定性、导电性，改善介电常数和压电系数，促进了非极性晶体的α相向极性晶体的β相的转变，提高了热稳定性，微纳米纤维膜聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球可以用于感应压力，并且灵敏度高、响应速度快。
(3)本发明一种高灵敏度柔性压力传感器，由高压近场直写技术制得纤维膜聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球，以纤维膜聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球为中间夹层，聚二甲基硅氧烷柔性薄膜作为顶层和底层进行封装，上层和下层是铜电极，它们的中间被双面胶带分隔开，组成了高灵敏度柔性压力传感器，具有舒适性、坚固性、生物相容性和直写性等特点，可作为传感器轻松应用于人体皮肤表面。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
质量配比如下：六水氯化镁、氢氧化钠、去离子水的质量比是4.5:1.3:0.05，氯乙烯、异戊烷、2-乙基己基硫酸钠溶液的质量比是19:4.8:0.5，异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球、二甲基甲酰胺溶液的质量比是0.095:2，异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液与聚偏氟乙烯溶液的质量比是1:1，碳纳米管、异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球/聚偏氟乙烯混合溶液的质量比是1:100。
(1)称取六水氯化镁、氢氧化钠、去离子水混合并剧烈搅拌，搅拌时间为20分钟，制备出氢氧化镁分散体，称取引发剂偶氮二异丁腈、氯乙烯单体、发泡剂异戊烷、表面活性剂2-乙基己基硫酸钠溶液制得有机相，然后将有机相与氢氧化镁分散体混合，混合转速是7000rpm，混合时间是40秒，在无空气的顶部的搅拌反应容器中进行聚合反应，聚合反应温度是65℃，聚合反应时间是20小时，升温到100℃发生膨胀，制得异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球；
(2)称取聚偏氟乙烯粉末加入到二甲基甲酰胺溶液中，在40℃超声波处理45分钟，制得溶液，将丙酮加入到溶液中进一步超声波处理持续15分钟，得到聚偏氟乙烯溶液；
(3)称取异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球加入到二甲基甲酰胺溶液中，磁力搅拌1小时得到异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液，然后将异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液与聚偏氟乙烯溶液混合，并进行磁力搅拌2小时以获得异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球/聚偏氟乙烯混合溶液；
(4)称取碳纳米管加入到异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球/聚偏氟乙烯混合溶液中，磁力搅拌10h后，得到均匀的聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液，作为直写溶液，设置高压近电场的工艺参数为10μL/min注入流量，2.5kV的外加电压，0.1mm的直写高度，运动平台的移动速度为10mm/s，加热温度是100℃，通过高压近场直写技术制备出纤维膜聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球；
(5)将纤维膜聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球作为中间夹层，聚二甲基硅氧烷柔性薄膜作为顶层和底层进行封装，上层和下层为铜电极，它们中间被双面胶带分隔开，组装成柔性压力传感器，柔性压力传感器的尺寸为3cm×2cm，有效工作面积为1.2cm×1.2cm。
实施例2
一种高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
质量配比如下：六水氯化镁、氢氧化钠、去离子水的质量比是4.6:1.4:0.055，氯乙烯、异戊烷、2-乙基己基硫酸钠溶液的质量比是20:4.9:0.6，戊烷@聚氯乙烯膨胀微球、二甲基甲酰胺溶液的质量比是0.096:2.5，异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液与聚偏氟乙烯溶液的质量比是1.5:1.5，碳纳米管、异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球/聚偏氟乙烯混合溶液的质量比是1.5:105。
(1)称取六水氯化镁、氢氧化钠、去离子水混合并剧烈搅拌，搅拌时间为22分钟，制备出氢氧化镁分散体，称取引发剂偶氮二异丁腈、氯乙烯单体、发泡剂异戊烷、表面活性剂2-乙基己基硫酸钠溶液制得有机相，然后将有机相与氢氧化镁分散体混合，混合转速是7100rpm，混合时间是41秒，在无空气的顶部的搅拌反应容器中进行聚合反应，聚合反应温度是66℃，聚合反应时间是21小时，升温到105℃发生膨胀，制得异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球；
(2)称取聚偏氟乙烯粉末加入到二甲基甲酰胺溶液中，在40℃超声波处理45分钟，制得溶液，将丙酮加入到溶液中进一步超声波处理持续15分钟，得到聚偏氟乙烯溶液；
(3)称取异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球加入到二甲基甲酰胺溶液中，磁力搅拌1小时得到异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液，然后将异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液与聚偏氟乙烯溶液混合，并进行磁力搅拌2小时以获得异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球/聚偏氟乙烯混合溶液；
(4)称取碳纳米管加入到异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球/聚偏氟乙烯混合溶液中，磁力搅拌10.5h后，得到均匀的聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液，作为直写溶液，设置高压近电场的工艺参数为10μL/min注入流量，2.5kV的外加电压，0.1mm的直写高度，运动平台的移动速度为10mm/s，加热温度是105℃，通过高压近场直写技术制备出纤维膜聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球；
(5)将纤维膜聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球作为中间夹层，聚二甲基硅氧烷柔性薄膜作为顶层和底层进行封装，上层和下层为铜电极，它们中间被双面胶带分隔开，组装成柔性压力传感器，柔性压力传感器的尺寸为3cm×2cm，有效工作面积为1.2cm×1.2cm。
实施例3
一种高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
质量配比如下：六水氯化镁、氢氧化钠、去离子水的质量比是4.8:1.8:0.06，氯乙烯、异戊烷、2-乙基己基硫酸钠溶液的质量比是22:5.2:0.7，戊烷@聚氯乙烯膨胀微球、二甲基甲酰胺溶液的质量比是1.015:3，异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液与聚偏氟乙烯溶液的质量比是1.6:2，碳纳米管、异戊烷@聚氯乙烯/聚偏氟乙烯膨胀微球混合溶液的质量比是2:115。
(1)称取六水氯化镁、氢氧化钠、去离子水混合并剧烈搅拌，搅拌时间为20分钟，制备出氢氧化镁分散体，称取引发剂偶氮二异丁腈、氯乙烯单体、发泡剂异戊烷、表面活性剂2-乙基己基硫酸钠溶液制得有机相，然后将有机相与氢氧化镁分散体混合，混合转速是7200rpm，混合时间是43秒，在无空气的顶部的搅拌反应容器中进行聚合反应，聚合反应温度是68℃，聚合反应时间是22小时，升温到110℃发生膨胀，制得异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球；
(2)称取聚偏氟乙烯粉末加入到二甲基甲酰胺溶液中，在40℃超声波处理45分钟，制得溶液，将丙酮加入到溶液中进一步超声波处理持续15分钟，得到聚偏氟乙烯溶液；
(3)称取异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球加入到二甲基甲酰胺溶液中，磁力搅拌1小时得到异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液，然后将异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液与聚偏氟乙烯溶液混合，并进行磁力搅拌2小时以获得异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球/聚偏氟乙烯混合溶液；
(4)称取碳纳米管加入到异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球/聚偏氟乙烯混合溶液中，磁力搅拌11.5h后，得到均匀的聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液，作为直写溶液，设置高压近电场的工艺参数为10μL/min注入流量，2.5kV的外加电压，0.1mm的直写高度，运动平台的移动速度为10mm/s，加热温度是130℃，通过高压近场直写技术制备出纤维膜聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球；
(5)将纤维膜聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球作为中间夹层，聚二甲基硅氧烷柔性薄膜作为顶层和底层进行封装，上层和下层为铜电极，它们中间被双面胶带分隔开，组装成柔性压力传感器，柔性压力传感器的尺寸为3cm×2cm，有效工作面积为1.2cm×1.2cm。
实施例4
一种高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
质量配比如下：六水氯化镁、氢氧化钠、去离子水的质量比是5.5:2.3:0.07，氯乙烯、异戊烷、2-乙基己基硫酸钠溶液的质量比是25:5.5:0.8，戊烷@聚氯乙烯膨胀微球、二甲基甲酰胺溶液的质量比是1.115:4，异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液与聚偏氟乙烯溶液的质量比是2:3，碳纳米管、异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球/聚偏氟乙烯混合溶液的质量比是3:120。
(1)称取六水氯化镁、氢氧化钠、去离子水混合并剧烈搅拌，搅拌时间为30分钟，制备出氢氧化镁分散体，称取引发剂偶氮二异丁腈、氯乙烯单体、发泡剂异戊烷、表面活性剂2-乙基己基硫酸钠溶液制得有机相，然后将有机相与氢氧化镁分散体混合，混合转速是8000rpm，混合时间是45秒，在无空气的顶部的搅拌反应容器中进行聚合反应，聚合反应温度是70℃，聚合反应时间是24小时，升温到145℃发生膨胀，制得异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球；
(2)称取聚偏氟乙烯粉末加入到二甲基甲酰胺溶液中，在40℃超声波处理45分钟，制得溶液，将丙酮加入到溶液中进一步超声波处理持续15分钟，得到聚偏氟乙烯溶液；
(3)称取异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球加入到二甲基甲酰胺溶液中，磁力搅拌1小时得到异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液，然后将异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液与聚偏氟乙烯溶液混合，并进行磁力搅拌2小时以获得异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球/聚偏氟乙烯混合溶液；
(4)称取碳纳米管加入到异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球/聚偏氟乙烯混合溶液中，磁力搅拌12h后，得到均匀的聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液，作为直写溶液，设置高压近电场的工艺参数为10μL/min注入流量，2.5kV的外加电压，0.1mm的直写高度，运动平台的移动速度为10mm/s，加热温度是145℃，通过高压近场直写技术制备出纤维膜聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球；
(5)将纤维膜聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球作为中间夹层，聚二甲基硅氧烷柔性薄膜作为顶层和底层进行封装，上层和下层为铜电极，它们中间被双面胶带分隔开，组装成柔性压力传感器，柔性压力传感器的尺寸为3cm×2cm，有效工作面积为1.2cm×1.2cm。
对比例1
一种高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
质量配比如下：碳纳米管、聚偏氟乙烯溶液的质量比是1:100。
(1)称取聚偏氟乙烯粉末加入到二甲基甲酰胺溶液中，在40℃超声波处理45分钟，制得溶液，将丙酮加入到溶液中进一步超声波处理持续15分钟，得到聚偏氟乙烯溶液；
(2)称取碳纳米管加入到聚偏氟乙烯溶液中，磁力搅拌10h后，得到均匀的聚偏氟乙烯/碳纳米管溶液，作为直写溶液，设置高压近电场的工艺参数为10μL/min注入流量，2.5kV的外加电压，0.1mm的直写高度，运动平台的移动速度为10mm/s，加热温度是100℃，通过高压近场直写技术制备出纤维膜聚偏氟乙烯/碳纳米管；
(3)将纤维膜聚偏氟乙烯/碳纳米管作为中间夹层，聚二甲基硅氧烷柔性薄膜作为顶层和底层进行封装，上层和下层为铜电极，它们中间被双面胶带分隔开，组装成柔性压力传感器，柔性压力传感器的尺寸为3cm×2cm，有效工作面积为1.2cm×1.2cm。
将实施例1-4和对比例1制备的柔性压力传感器进行性能测试，相应测试条件如下：
将实施例1-4和对比例1的柔性压力传感器置于50℃、湿度80％的条件下，检测不同时间1kPa压力下的输出电压，如下表1所示：
表1
如表1所示，实施例1-4的柔性压力传感器在0-15天输出压力基本保持不变，而对比例1的柔性压力传感器输出电压明显降低，说明本发明的柔性压力传感器性能稳定。
为了验证柔性压力传感器的压力传感特性，对柔性压力传感器的灵敏度和响应时间进行了测试，通过对柔性压力传感器重复施加重量(20g)的压力来测试柔性压力传感器的性能，测试结果如下表2所示：
表2
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 |
| 灵敏度 | 59KPa<sup>-1</sup> | 55KPa<sup>-1</sup> | 56KPa<sup>-1</sup> | 58KPa<sup>-1</sup> | 19KPa<sup>-1</sup> |
| 响应时间 | 132ms | 136ms | 135ms | 131ms | 155ms |
由表2可以得出，实施例1-4的柔性压力传感器具有高灵敏度，响应时间可达131-136ms，而对比例1的柔性压力传感器的灵敏度大大降低，响应时间达到了155ms，说明本发明的柔性压力传感器具有高灵敏度和快速响应时间，具有高性能的压力传感能力。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种高灵敏度柔性压力传感器，其特征在于，其以纤维膜为中间夹层，聚二甲基硅氧烷柔性薄膜作为顶层和底层进行封装，上层和下层是铜电极，它们的中间被双面胶带分隔开，组成柔性压力传感器，所述纤维膜由聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球通过高压近场直写技术制得，所述异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球是以异戊烷溶液为核，聚氯乙烯为壳，通过悬浮聚合合成、升温膨胀制得。
2.一种根据权利要求1所述的高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取六水氯化镁、氢氧化钠、去离子水混合并剧烈搅拌，制备出氢氧化镁分散体，称取引发剂偶氮二异丁腈、氯乙烯单体、发泡剂异戊烷、表面活性剂2-乙基己基硫酸钠溶液制得有机相，然后将有机相与氢氧化镁分散体混合，在无空气的顶部的搅拌反应容器中进行悬浮聚合聚合反应，升温膨胀，制得异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球；
(2)称取聚偏氟乙烯粉末加入到二甲基甲酰胺溶液中，在40℃超声波处理45分钟，制得溶液，将丙酮加入到溶液中进一步超声波处理持续15分钟，得到聚偏氟乙烯溶液；
(3)称取异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球加入到二甲基甲酰胺溶液中，磁力搅拌1小时得到异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液，然后将异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液与聚偏氟乙烯溶液混合，并进行磁力搅拌2小时以获得异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球/聚偏氟乙烯混合溶液；
(4)称取碳纳米管加入到异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球/聚偏氟乙烯混合溶液中，磁力搅拌后，得到均匀的聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液，作为直写溶液，通过高压近场直写技术制备出聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球微纳米纤维膜；
(5)将纤维膜聚偏氟乙烯/碳纳米管/异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球作为中间夹层，聚二甲基硅氧烷柔性薄膜作为顶层和底层进行封装，上层和下层为铜电极，它们中间被双面胶带分隔开，组装成柔性压力传感器。
3.根据权利要求2所述的一种高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中六水氯化镁、氢氧化钠、去离子水的质量比是4.5-5.5:1.3-2.3:0.05-0.07，搅拌时间为20-30分钟，氯乙烯、异戊烷、2-乙基己基硫酸钠溶液的质量比是19-25:4.8-5.5:0.5-0.8，混合转速是7000-8000rpm，混合时间是40-45秒，聚合反应温度是65-70℃，聚合反应时间是20-24小时，膨胀温度为100-145℃。
4.根据权利要求2所述的一种高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中聚偏氟乙烯粉末、二甲基甲酰胺溶液、丙酮的质量比是1.5-2:10-12:3-5。
5.根据权利要求2所述的一种高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球、二甲基甲酰胺溶液的质量比是0.095-1.115:2-4，异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球溶液与聚偏氟乙烯溶液的质量比是1-2:1-3。
6.根据权利要求2所述的一种高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中碳纳米管、异戊烷@聚氯乙烯膨胀微球/聚偏氟乙烯混合溶液的质量比是1-3:100-120，磁力搅拌时间是10-12h，高压近电场的工艺参数为10μL/min注入流量，2.5kV的外加电压，0.1mm的直写高度，运动平台的移动速度为10mm/s，加热温度是100-145℃。
7.根据权利要求2所述的一种高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中柔性压力传感器的尺寸为3cm×2cm，有效工作面积为1.2cm×1.2cm。
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| CN115165165B (zh) | 2023-05-23 |
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Denomination of invention: A High Sensitivity Flexible Pressure Sensor Effective date of registration: 20231222 Granted publication date: 20230523 Pledgee: Shenzhen Branch of China Merchants Bank Co.,Ltd. Pledgor: Shenzhen Shennan Gas Turbine Engineering Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980073623 |
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Denomination of invention: A High Sensitivity Flexible Pressure Sensor Granted publication date: 20230523 Pledgee: Shenzhen Branch of China Merchants Bank Co.,Ltd. Pledgor: Shenzhen Shennan Gas Turbine Engineering Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980017525 |