CN115490912B - 柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法及抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感器 - Google Patents

柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法及抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN115490912B
CN115490912B CN202211151540.0A CN202211151540A CN115490912B CN 115490912 B CN115490912 B CN 115490912B CN 202211151540 A CN202211151540 A CN 202211151540A CN 115490912 B CN115490912 B CN 115490912B
Authority
CN
China
Prior art keywords
conductive
flexible
porous polymer
temperature
polymer substrate
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.)
Active
Application number
CN202211151540.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115490912A (zh
Inventor
杨丽燕
王栋
李沐芳
马俊
刘琪
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.)
Wuhan Textile University
Original Assignee
Wuhan Textile 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 Wuhan Textile University filed Critical Wuhan Textile University
Priority to CN202211151540.0A priority Critical patent/CN115490912B/zh
Publication of CN115490912A publication Critical patent/CN115490912A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115490912B publication Critical patent/CN115490912B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • C08J9/365—Coating
    • 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
    • C08J2325/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Derivatives of such polymers
    • C08J2325/02—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons
    • C08J2325/04—Homopolymers or copolymers of styrene
    • C08J2325/06—Polystyrene
    • 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
    • C08J2375/00—Characterised by the use of polyureas or polyurethanes; Derivatives of such polymers
    • C08J2375/04—Polyurethanes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (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)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

本发明提供了一种柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法及抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感器，以导电纳米线和导电纳米颗粒为复合导电材料，以柔性多孔聚合物为基材，利用导电纳米线的线型结构和导电纳米颗粒的纳米效应，在柔性多孔聚合物基材中形成特殊的复合导电网络，使得依据柔性多孔聚合物基材的热膨胀性能，对复合导电材料进行调控，即可得到抗温度干扰的柔性压力传感材料，打破了现有技术对导电聚合物复合材料抗温度干扰研究的局限性，为柔性压阻式传感材料的抗温度干扰提供了一种新的有效途径。本发明还可在抗温度干扰的柔性压阻式传感材料表层涂覆疏水涂层，进一步得到抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感材料。

Description

柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法及抗温度和湿度干扰 的柔性压阻式传感器
技术领域
本发明涉及柔性传感材料技术领域，尤其涉及一种柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法及抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感器。
背景技术
近年来，柔性可穿戴传感器在大健康、人工智能、医学检测等方面取得了巨大进展、显示了广阔的应用前景。根据传感机理，可以分为电容式、压阻式、压电式和晶体管式。其中，压阻式传感器在制备、组装和信号采集等方面具有明显的优势，例如灵敏度高、检测极限值低、耐久性好等。
在实际应用中，应用于传感单元的大多数导电材料(例如碳纳米管(CNT)、银纳米线(AgNW)、金属氧化物等)易受传感环境(例如温度变化、高湿度、汗水环境或三者兼有)影响，压阻传感器的实时电阻会受其干扰发生变化，进而不可避免地导致传感信号波动和不准确性。由此可知，准确稳定的传感器十分考验导电材料对测试环境的抗干扰性。专利CN113790741A公开了一种多功能传感集成的柔性织物基传感器及其应用，其中指出了可以通过正、负温度系数的导电填料的复合叠加效应，实现整体的零温度系数效应。但是，该方法未考虑导电填料与聚合物基体复合后，聚合物基体材料的热膨胀对导电网络的影响，因此其抗温度干扰的效果并不佳。
而现有技术将导电填料加入到聚合物基体中，制备的导电聚合物复合材料大多都不具有抗温度干扰性，且一般表现为正温度系数阻抗特性。其主要原因是随着温度的身高，聚合物基体膨胀，破坏了导电填料的导电网络结构，使得电阻增大。而且，导电填料以颗粒形式分散于聚合物基体后形成的导电网络中，导电填料本身的电阻效应也会随着填料形态发生变化，因此现有技术中对已知导电材料的电阻温度效应的研究对其在导电聚合物复合材料中的研究参考价值不大。例如专利CN110317469A公开了一种正温度系数热塑性热敏电阻复合材料及其制备方法，通过将热塑性高分子材料、超高分子量聚乙烯和导电填料复合得到，导电填料为表面生长碳纳米管的碳纤维粉末，温度升高时，碳纳米管的距离被高分子链拉开，导电网络被破坏，因此电阻增大。然而现有技术研究表明，碳纳米管薄膜的电阻随着温度升高而降低，呈现负温度系数电阻效应。可见，碳纳米管填充到聚合物基体中后，整体电阻效应发生了变化。因此，如何通过对聚合物基体和导电填料的调控，实现柔性可穿戴压阻式传感材料的抗温度干扰是亟待解决的问题。
鉴于此，有必要设计一种改进的柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法及抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感器，以解决上述问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法及抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感器，以导电纳米线和导电纳米颗粒为复合导电材料，以柔性多孔聚合物为基材，利用导电纳米线的线型结构和导电纳米颗粒的纳米效应，在柔性多孔聚合物基材中形成特殊的复合导电网络，依据柔性多孔聚合物基材的线膨胀系数，对复合导电材料进行调控，即可得到抗温度干扰的传感材料，打破了现有技术对导电聚合物复合材料抗温度干扰研究的局限性，为柔性压阻式传感材料的抗温度干扰提供了一种新的有效途径。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法，包括以下步骤：
S1.选定柔性多孔聚合物基材，并测试其线膨胀系数；
S2.以导电纳米线和导电纳米颗粒为复合导电材料，根据所述柔性多孔聚合物基材的线膨胀系数，调控所述导电纳米线和导电纳米颗粒的用量比，以使柔性压阻式传感材料的电阻随温度的变化率小于预设阈值；其中，所述导电纳米线与所述柔性多孔聚合物基材组成的复合物呈现负温度系数效应；所述导电纳米颗粒与所述柔性多孔聚合物基材组成的复合物呈现正温度系数效应；
S3.按步骤S2确定的用量比，将所述导电纳米线和导电纳米颗粒均匀负载于所述柔性多孔聚合物基材的内部，即得到抗温度干扰的柔性压阻式传感材料。
优选地，步骤S2中，所述导电纳米线的直径为20-60nm，长度为0.5-20μm；所述导电纳米颗粒的粒径为10-50nm，优选为15-25nm；所述导电纳米线包括碳纳米管，所述导电纳米颗粒包括ZnO、TiO2、SnO、NiO或CB纳米颗粒中的一种或多种；所述导电纳米线和导电纳米颗粒的质量比为1:(2-15)，且当所述柔性多孔聚合物基材的线膨胀系数增大时，提高所述导电纳米线的用量。
优选地，步骤S1中，所述柔性多孔聚合物基材选自线膨胀系数为5×105-25×105·K-1的基材；所述柔性多孔聚合物基材的孔隙率为30-80％，孔径为50-500um。
优选地，步骤S2中，所述预设阈值小于5％，优选小于3％。
一种抗温度干扰的柔性压阻式传感器，包括柔性导电多孔聚合物传感层，所述柔性导电多孔聚合物传感层包括柔性多孔聚合物基材和负载于所述基材中的复合导电材料；所述复合导电材料包括导电纳米线和导电纳米颗粒，所述柔性多孔聚合物基材的线膨胀系数为5×105-25×105·K-1，以使所述导电纳米线和导电纳米颗粒自身的电阻效应和由于基材的热膨胀作用产生的电阻相应相互抵消，实现抗温度干扰。
优选地，所述导电纳米线的直径为20-60nm，长度为0.5-20μm；所述导电纳米颗粒的粒径为10-50nm，优选为15-25nm；所述导电纳米线包括碳纳米管和银纳米线，所述导电纳米颗粒包括ZnO、TiO2、SnO、NiO或CB纳米颗粒中的一种或多种；两者质量比为1:(2-15)。
优选地，所述柔性导电多孔聚合物传感层是通过将柔性多孔聚合物基材在所述复合导电材料的溶液中浸渍吸附，或者将复合导电材料与柔性聚合物混合成型得到；所述复合导电材料的溶液浓度为5～50mg/mL，溶剂为水、乙醇、异丙醇、丁醇中的一种或多种；所述溶液还包括添加剂，所述添加剂为0.25～5wt％的十二烷基硫酸钠和1～8wt％的KH550。
优选地，所述柔性多孔聚合物基材的孔隙率为30-80％，孔径为50-500um；当所述柔性多孔聚合物基材的线膨胀系数为5×105-10×105·K-1时，所述导电纳米线和导电纳米颗粒的质量比为1:(10-15)，当所述柔性多孔聚合物基材的线膨胀系数为10×105-25×105·K-1时，所述导电纳米线和导电纳米颗粒的质量比为1:(2-10)；所述柔性多孔聚合物基材为聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫或酚醛塑料泡沫。
一种抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感器，包括以上所述的柔性导电多孔聚合物传感层以及以及设置于所述传感层两侧的抗湿度干扰层。
优选地，所述抗湿度干扰层为疏水性金属氧化物涂层；所述疏水性金属氧化物涂层为表面接枝有不含氟的疏水烷基链的金属氧化物颗粒；所述金属氧化物颗粒包括Al2O3、ZnO、TiO2、SnO、NiO纳米颗粒中的一种或多种；所述疏水烷基链的含量为所述金属氧化物颗粒的0.5wt％～2.5wt％。
本发明的有益效果是：
1.本发明提供的柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法，以导电纳米线和导电纳米颗粒为复合导电材料，以柔性多孔聚合物为基材，利用导电纳米线的线型结构和导电纳米颗粒的纳米效应，在柔性多孔聚合物基材中形成特殊的复合导电网络；结合柔性多孔聚合物基材的热膨胀特性对导电网络导电性的影响，以及温度对导电纳米线和导电纳米颗粒本身导电性的影响，通过原料的选择及含量的调控，实现对两种影响机制的调控，使得复合材料整体能够呈现近似零温度系数效应的现象，从而得到抗温度干扰的柔性压阻式传感材料。本发明打破了现有技术对导电聚合物复合材料抗温度干扰研究的局限性，为柔性压阻式传感材料的抗温度干扰提供了一种新的有效途径。
2.本发明导电纳米线优选碳纳米管，碳纳米管电阻本身呈现负温度系数效应，将其与柔性多孔聚合物基材复合后，线状碳纳米管在聚合物多孔结构中弥散分布，形成线型交错搭接的导电网络结构，使得聚合物热膨胀时，对交错搭接的导电网络结构影响不大，即仍具备良好的搭接导电通路，因此其整体仍呈现负温度系数效应的现象。而导电纳米颗粒在基材膨胀时，由于颗粒间距增大，使得导电性变差，因此电阻呈现正温度系数效应的现象，最终通过两者复合，可含量调控，得到了抗温度干扰的复合导电柔性压阻式传感材料。
3.本发明提供的抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感器，进一步在上述抗温度干扰材料的外层涂覆疏水金属氧化物颗粒，具有良好的疏水性，从而使得传感器在不同湿度和汗液作用下阻值的稳定；同时，金属氧化物具有良好的导电性，从而不牺牲传感器的导电性。表面的疏水金属氧化物还赋予传感器自清洁功能。
4.本发明采用多孔聚合物基材，一方面便于对线膨胀系数和导电网络结构进行调控，另一方面，赋予传感器良好的透气性和穿戴舒适性。本发明工艺简单，可实施性强，适合应用于聚合物基压阻式传感领域，而且适合于大面积制备，具有产业化的优势。
附图说明
图1中(a)为对照样4和实施例1电阻变化率随温度循环变化的曲线；(b)为滴加液滴后电阻变化率随时间变化的曲线；(c)为不同湿度下电阻变化率随时间变化的曲线；(d)为实施例1的水接触角图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在具体实施例中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本发明提供的一种柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法，包括以下步骤：
S1.选定柔性多孔聚合物基材，并测试其线膨胀系数；
S2.以导电纳米线和导电纳米颗粒为复合导电材料，根据柔性多孔聚合物基材的线膨胀系数，调控导电纳米线和导电纳米颗粒的用量比，以使柔性压阻式传感材料的电阻随温度的变化率小于预设阈值；其中，导电纳米线与柔性多孔聚合物基材组成的复合物呈现负温度系数效应；导电纳米颗粒与柔性多孔聚合物基材组成的复合物呈现正温度系数效应；本发明研究发现，将一定尺寸的导电纳米线与一定线膨胀系数的柔性多孔聚合物基材复合，其能够得到呈现负温度系数效应的复合物；而将导电纳米颗粒与柔性多孔聚合物基材复合，其能够得到呈现正温度系数效应的复合物，如此将两者复合，即可相互抵消，实现整体电阻稳定性。其中，用量比的调控方法可以为：测试不同添加量的导电纳米线与柔性多孔聚合物基材组成的复合物的电阻随温度变化曲线，再测试不同添加量的导电纳米颗粒与柔性多孔聚合物基材组成的复合物的电阻随温度变化曲线；将两组曲率绝对值相近的曲线对应的导电纳米线和导电纳米颗粒添加量作为初调用量比，然后按此用量比将复合导电材料与柔性多孔聚合物基材复合，测试其电阻随温度的变化率。
S3.按步骤S2确定的用量比，将导电纳米线和导电纳米颗粒均匀负载于柔性多孔聚合物基材的内部，即得到抗温度干扰的柔性压阻式传感材料。
优选地，步骤S2中，导电纳米线的直径为20-60nm，长度为0.5-20μm；导电纳米颗粒的粒径为10-50nm，优选为15-25nm；导电纳米线包括碳纳米管，导电纳米颗粒包括ZnO、TiO2、SnO、NiO或CB(炭黑纳米颗粒中的一种或多种，优选为炭黑；两者质量比为1:(2-15)，且当柔性多孔聚合物基材的线膨胀系数增大时，提高导电纳米线的用量。优选地，步骤S1中，柔性多孔聚合物基材选自线膨胀系数为5×105-25×105·K-1的基材；柔性多孔聚合物基材的孔隙率为30-80％，孔径为50-500um；当柔性多孔聚合物基材的线膨胀系数为5×105-10×105·K-1时，导电纳米线和导电纳米颗粒的质量比为1:(10-15)，当柔性多孔聚合物基材的线膨胀系数为10×105-25×105·K-1时，导电纳米线和导电纳米颗粒的质量比为1:(2-10)。
优选地，步骤S2中，预设阈值小于5％，优选小于3％。
一种抗温度干扰的柔性压阻式传感器，包括柔性导电多孔聚合物传感层，柔性导电多孔聚合物传感层包括柔性多孔聚合物基材和负载于基材中的复合导电材料；复合导电材料包括导电纳米线和导电纳米颗粒，柔性多孔聚合物基材的线膨胀系数为5×105-25×105·K-1，以使导电纳米线和导电纳米颗粒自身的电阻效应和由于基材的热膨胀作用产生的电阻相应相互抵消，实现抗温度干扰。
优选地，导电纳米线的直径为20-60nm，长度为0.5-20μm；导电纳米颗粒的粒径为10-50nm，优选为15-25nm；导电纳米线优选为碳纳米管，本发明研究表明，将导电纳米颗粒和纳米线复合在柔性多孔聚合物内部时，碳纳米管表现出较好的负温度系数效应现象，而银纳米线难以实现该调控。而将导电纳米颗粒和纳米线复合在聚合物基材表层时，银纳米线可以实现抗温度干扰的调控。可见以多孔聚合物为基底，浸渍吸附导电纳米颗粒和纳米线时，由于导电网络的特殊性，使得对纳米线的结构和一定要求，而碳纳米管特殊的线状结构，使得其调控成为可能。导电纳米颗粒包括ZnO、TiO2、SnO、NiO或CB纳米颗粒中的一种或多种；两者质量比为1:(2-15)；复合导电溶液中纳米线的浓度为5～50mg/mL。
优选地，柔性导电多孔聚合物传感层是通过将柔性多孔聚合物基材在复合导电材料的溶液中浸渍吸附，或者将复合导电材料与柔性聚合物混合成型得到；复合导电材料的溶液浓度为1-20mg/mL，溶剂为水、乙醇、异丙醇、丁醇中的一种或多种；溶液还包括添加剂，添加剂为0.25～5wt％的十二烷基硫酸钠和1～8wt％的KH550。优选地，柔性多孔聚合物基材为聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛塑料等。
实施例1
一种抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感器，制备方法包括如下步骤：
S1，将多孔聚合物基底(具体为聚氨酯泡沫，其线膨胀系数为18×105·K-1。)依次置于氢氧化钠溶液、水中，超声清洗6min，然后自然晾干；然后浸渍于炭黑(平均粒径为23nm)和碳纳米管(直径为20-60nm，长度为0.5μ-20μm)组成的复合导电溶液中，超声浸渍10min，得到导电层，然后在50～120℃烘箱中干燥处理5～60min，使得多孔聚合物基底上均匀沉积负载复合导电层；碳纳米管和炭黑的质量比为1:8；总浓度为27mg/mL。
S2，在经步骤S1处理的多孔聚合物基底表面喷涂疏水性TiO2的分散液，喷涂时间为0.5～15min，得到疏水性导电层；然后将疏水性导电泡沫在水中洗涤处理，再于50～120℃下干燥处理5～30min，得到复合导电材料层和疏水性金属氧化物层复合导电泡沫；
S3，将步骤S2得到的所述复合导电泡沫的表面连接电极，得到压阻传感器。
对照样1
一种抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感器，与对照样1相比，不同之处在于，导电材料仅有CB，呈现正电阻温度系数效应，不耐温、不耐湿、不耐汗液。
从图1可以看出，实施例1为CNT/CB/TiO2-ODI，呈现近似零电阻温度系数效应，接触角为142℃，具有耐温、耐湿、耐汗液性能。而对照样1的电阻随温度变化，电阻呈现正电阻温度系数效应，可见本发明通过将炭黑与碳纳米管复合，对柔性多孔基材的导电性进行了调控，实现了抗温度干扰性能。
对照样2
一种抗温度干扰的柔性压阻式传感器，与对照样1相比，不同之处在于，导电材料仅有CNT，呈现负电阻温度系数效应，不耐温、不耐湿、不耐汗液。
对照样3
一种抗温度干扰的柔性压阻式传感器，与实施例1相比，不同之处在于，聚合物基底不具有多孔结构，将聚氨酯与炭黑和碳纳米管混合，然后热压成型。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
0～70℃范围内电阻变化率为5.5％，耐温性一般，说明本发明通过基底材料的多孔结构，对其膨胀状态进行调控，从而使得其与线状和颗粒状导电材料实现协同抗温度干扰作用；耐湿、耐汗液性能良好；但是灵敏性不高，仅为0.5kPa-1；水蒸气透过率(WVTR)仅为0.02g·cm-2·day-1；透气性差，作为可穿戴压力传感器舒适性不佳。
实施例2
一种抗温度干扰的柔性压阻式传感器，与实施例1相比，不同之处在于，未在表层喷涂疏水性TiO2的分散液。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
该材料也能呈现近似零电阻温度系数效应，但不具有抗湿度和汗液的功能。
对照样4-7
一种抗温度干扰的柔性压阻式传感器，与实施例1相比，不同之处在于，导电材料中的CNT直径和长度、CB的粒径变化如表1所示，其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
表1对照样4-7的制备条件及性能测试结果
Figure BDA0003855367350000091
由表1可知，只有有效地控制导电纳米线和导电纳米颗粒的尺寸，以及两者的质量比，才能实现传感器的抗温度、抗湿度干扰，同时兼具良好的传感灵敏性。
实施例3-10
一种抗温度干扰的柔性压阻式传感器，与实施例1相比，不同之处在于，制备条件如表2所示。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
表2实施例1及3-7的制备条件及性能测试结果
Figure BDA0003855367350000101
综上所述，本发明以导电纳米线和导电纳米颗粒为复合导电材料，以柔性多孔聚合物为基材，利用导电纳米线的线型结构和导电纳米颗粒的纳米效应，在柔性多孔聚合物基材中形成特殊的复合导电网络；结合柔性多孔聚合物基材的热膨胀特性对导电网络导电性的影响，以及温度对导电纳米线和导电纳米颗粒本身导电性的影响，通过原料的选择及含量的调控，实现对两种影响机制的调控，使得复合材料整体能够呈现近似零温度系数效应的现象，从而得到抗温度干扰的柔性压阻式传感材料。本发明打破了现有技术对导电聚合物复合材料抗温度干扰研究的局限性，为柔性压阻式传感材料的抗温度干扰提供了一种新的有效途径。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.选定柔性多孔聚合物基材，并测试其线膨胀系数；所述柔性多孔聚合物基材选自线膨胀系数为5×105-25×105·K-1的基材；所述柔性多孔聚合物基材的孔隙率为30-80％；
S2.以导电纳米线和导电纳米颗粒为复合导电材料，根据所述柔性多孔聚合物基材的线膨胀系数，调控所述导电纳米线和导电纳米颗粒的用量比，以使柔性压阻式传感材料的电阻随温度的变化率小于预设阈值；其中，所述导电纳米线与所述柔性多孔聚合物基材组成的复合物呈现负温度系数效应；所述导电纳米颗粒与所述柔性多孔聚合物基材组成的复合物呈现正温度系数效应；所述导电纳米线的直径为20-60nm，长度为0.5-20um；所述导电纳米颗粒的粒径为10-50nm；所述导电纳米线包括碳纳米管，所述导电纳米颗粒包括CB纳米颗粒；所述导电纳米线和导电纳米颗粒的质量比为1:(2-15)，且当所述柔性多孔聚合物基材的线膨胀系数增大时，提高所述导电纳米线的用量；
S3.按步骤S2确定的用量比，将所述导电纳米线和导电纳米颗粒均匀负载于所述柔性多孔聚合物基材的内部，即得到抗温度干扰的柔性压阻式传感材料。
2.根据权利要求1所述的柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法，其特征在于，步骤S2中，所述导电纳米颗粒的粒径为15-25nm。
3.根据权利要求1所述的柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法，其特征在于，步骤S1中，所述柔性多孔聚合物基材的孔径为50-500um。
4.根据权利要求1所述的柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法，其特征在于，步骤S2中，所述预设阈值小于5％。
5.一种抗温度干扰的柔性压阻式传感器，其特征在于，包括柔性导电多孔聚合物传感层，所述柔性导电多孔聚合物传感层包括柔性多孔聚合物基材和负载于所述基材中的复合导电材料；所述复合导电材料包括导电纳米线和导电纳米颗粒，所述导电纳米线的直径为20-60nm，长度为0.5-20um；所述导电纳米颗粒的粒径为10-50nm；所述导电纳米线包括碳纳米管，所述导电纳米颗粒包括CB纳米颗粒；所述导电纳米线和导电纳米颗粒的质量比为1:(2-15)，且当所述柔性多孔聚合物基材的线膨胀系数增大时，提高所述导电纳米线的用量；所述柔性多孔聚合物基材的线膨胀系数为5×105-25×105·K-1，孔隙率为30-80％；以使所述导电纳米线和导电纳米颗粒自身的电阻效应和由于基材的热膨胀作用产生的电阻效应相互抵消，实现抗温度干扰。
6.根据权利要求5所述的抗温度干扰的柔性压阻式传感器，其特征在于，所述导电纳米颗粒的粒径为15-25nm。
7.根据权利要求5所述的抗温度干扰的柔性压阻式传感器，其特征在于，所述柔性导电多孔聚合物传感层是通过将柔性多孔聚合物基材在所述复合导电材料的溶液中浸渍吸附，或者将复合导电材料与柔性聚合物混合成型得到；所述复合导电材料的溶液浓度为5～50mg/mL，溶剂为水、乙醇、异丙醇、丁醇中的一种或多种；所述溶液还包括添加剂，所述添加剂为0.25～5wt％的十二烷基硫酸钠和1～8wt％的KH550。
8.根据权利要求7所述的抗温度干扰的柔性压阻式传感器，其特征在于，所述柔性多孔聚合物基材的孔径为50-500um；当所述柔性多孔聚合物基材的线膨胀系数为5×105-10×105·K-1时，所述导电纳米线和导电纳米颗粒的质量比为1:(10-15)，当所述柔性多孔聚合物基材的线膨胀系数为10×105-25×105·K-1时，所述导电纳米线和导电纳米颗粒的质量比为1:(2-10)；所述柔性多孔聚合物基材为聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫或酚醛塑料泡沫。
9.一种抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感器，其特征在于，包括权利要求5至8中任一项所述的柔性导电多孔聚合物传感层以及设置于所述传感层两侧的抗湿度干扰层。
10.根据权利要求9所述的抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感器，其特征在于，所述抗湿度干扰层为疏水性金属氧化物涂层；所述疏水性金属氧化物涂层为表面接枝有不含氟的疏水烷基链的金属氧化物颗粒；所述金属氧化物颗粒包括Al2O3、ZnO、TiO2、SnO、NiO纳米颗粒中的一种或多种；所述疏水烷基链的含量为所述金属氧化物颗粒的0.5wt％～2.5w％。
CN202211151540.0A 2022-09-20 2022-09-20 柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法及抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感器 Active CN115490912B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211151540.0A CN115490912B (zh) 2022-09-20 2022-09-20 柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法及抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211151540.0A CN115490912B (zh) 2022-09-20 2022-09-20 柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法及抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115490912A CN115490912A (zh) 2022-12-20
CN115490912B true CN115490912B (zh) 2023-06-20

Family

ID=84471412

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211151540.0A Active CN115490912B (zh) 2022-09-20 2022-09-20 柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法及抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115490912B (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011041507A1 (en) * 2009-10-01 2011-04-07 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Apparatus and method for nanocomposite sensors
CN106601329B (zh) * 2016-08-18 2019-04-16 北京纳米能源与系统研究所 一种柔性纳米摩擦发电机、制备方法及制成的传感器
CN108627080A (zh) * 2017-03-20 2018-10-09 上海敏传智能科技有限公司 一种自带温度补偿功能的应变传感器及应变传感器复合材料
CN112726205B (zh) * 2020-12-15 2022-07-05 武汉纺织大学 抗湿度干扰的超疏水织物基压力传感器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115490912A (zh) 2022-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Asymmetric superhydrophobic textiles for electromagnetic interference shielding, photothermal conversion, and solar water evaporation
DE102014212282B4 (de) Graphen-Gassensor zur Messung der Konzentration von Kohlendioxid in Gasumgebungen
Liu et al. Smart textile based on 3D stretchable silver nanowires/MXene conductive networks for personal healthcare and thermal management
Zhang et al. Flexible and thermally induced switchable fire alarm fabric based on layer-by-layer self-assembled silver sheet/Fe3O4 nanowire composite
Kim et al. Supersonically sprayed washable, wearable, stretchable, hydrophobic, and antibacterial rGO/AgNW fabric for multifunctional sensors and supercapacitors
He et al. Wearable superhydrophobic PPy/MXene pressure sensor based on cotton fabric with superior sensitivity for human detection and information transmission
WO2006046341A1 (ja) 圧電素子とその製造方法
CN109239139B (zh) 一种纱线状湿度传感器
CN112680967B (zh) 具有单向导湿作用的压阻传感织物及其制备方法
Zhang et al. Liquefied petroleum gas sensing properties of ZnO/PPy/PbS QDs nanocomposite prepared by self-assembly combining with SILAR method
Zhang et al. A gas nanosensor unaffected by humidity
CN109029508B (zh) 具有透气、透湿及热调节性能的柔性电子皮肤及其制备方法
Peng et al. Superhydrophobic MXene-based fabric with electromagnetic interference shielding and thermal management ability for flexible sensors
Chou et al. Effect of microstructure of ZnO nanorod film on humidity sensing
CN115490912B (zh) 柔性压阻式传感材料的抗温度干扰方法及抗温度和湿度干扰的柔性压阻式传感器
CN111487290A (zh) 一种具有抗湿性的聚苯胺基氨气传感器及其制备方法
Zhang et al. Significant strain-rate dependence of sensing behavior in TiO 2@ carbon fibre/PDMS composites for flexible strain sensors
CN112726205A (zh) 抗湿度干扰的超疏水织物基压力传感器及其制备方法
US4774129A (en) Gas-sensitive composite material comprising metal and dielectric
Zhao et al. Hydrophobic modification of WO3/WS2 heterostructure for construction of humidity immune TEA sensors
Liu et al. Preparation of super-hydrophobic cotton fabrics with conductive property based on graphene/Ag composite aerogels
Sadi et al. Highly conductive composites using polypyrrole and carbon nanotubes on polydopamine functionalized cotton fabric for wearable sensing and heating applications
CN115290230A (zh) 一种全织物基压力和湿度传感器及其制备方法
CN114739282B (zh) 一种疏水性柔性导电材料及其制备方法、柔性传感器、可穿戴设备
Tang et al. MXene based flexible Janus nanofibrous membrane composite for unidirectional water transportation

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