CN115806689A - 一种银纳米线基导电液晶弹性体材料的制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种银纳米线基导电液晶弹性体材料的制备方法和用途。导电液晶弹性体由液晶单体、扩链剂、交联剂、二氯甲烷、二正丙胺以及银纳米线制备而成，具有拉伸电阻可变的性质，能够实现在肢体动作发生变化时电阻变化的效果，有望在未来用于人体运动监测的柔性传感器中使用。
Description
技术领域
本发明涉及导电液晶弹性体制备方法及用途，特别涉及一种银纳米线基导电液晶弹性体材料的制备方法和用途。
背景技术
随着柔性电子器件的快速发展，其在日常的设备中应用越来越广泛，例如可伸缩的发光二极管、灵活的智能手机和智能手表、能量收集装置、电子皮肤和可穿戴传感器等。近年来，柔性可穿戴传感器得到了快速发展。柔性传感器可分为电阻式、压电、电容式和摩擦电，电阻式传感器具有工作机制简单、制作工艺可行、信号采集方便等优点得到广泛研究。
电阻式传感器具有固有的导电性，当它被拉伸、弯曲或扭曲时，其电阻会发生变化(通常会增加)，可用于检测人体运动变化或健康监测。应变传感器是电阻式传感器之一，其电阻变化主要依靠拉伸变形。应变传感器主要通过可拉伸的聚合物材料和导电材料的组合构建而成，液晶弹性体因其优异的拉伸性能和良好的生物相容性被选为柔性基板材料，银纳米线因其良好的柔韧性、高导电性、大的接触面积、可行的制造工艺和相对较低的成本而被选为导电材料。
此外，银纳米线与液晶弹性体为物理复合，不改变液晶弹性体的理化性质。加工工艺主要有旋涂、刷涂和喷涂等方法。旋涂会造成银纳米线的大量浪费从而增加制备成本，并且旋涂不适用于大批量生产复合膜；刷涂工艺存在容易造成银纳米线聚集分散不均匀以及破坏液晶弹性体表面形貌等缺点。相较以上两种制备方法喷涂具有节约原料、银纳米线分布均匀、制备工艺简单等优点。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种具有拉伸电阻可变的银纳米线基导电液晶弹性体材料。
本发明的另一目的在于提供所述银纳米线基导电液晶弹性体材料的制备方法和用途。
技术方案：所述的银纳米线基导电液晶弹性体材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将液晶单体、扩链剂、交联剂、二氯甲烷混合，形成透明前驱体溶液，室温超声使混合物混合均匀；
(2)在(1)的混合溶液中加入二正丙胺，将混合溶液置于真空中进行热交联反应；
(3)反应完全后，将薄膜取出，得到液晶弹性体膜；
(4)在(3)得到的液晶弹性体膜表面喷涂银纳米线，得到银纳米线基导电液晶弹性体材料。
进一步地，液晶单体∶交联剂∶扩链剂＝36.9∶1.4∶10.4。
进一步地，液晶单体为RM257；交联剂为(3-巯基丙酸)季戊四醇酯；扩链剂为3，6-二氧杂-1，8-辛烷二硫醇。
其中，RM257结构式为：
交联剂四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯的结构式为：
扩链剂3，6-二氧杂-1，8-辛烷二硫醇的结构式为：
二正丙胺的结构式为：
进一步地，银纳米线喷涂次数为6-15次。
制备得到的银纳米线基导电液晶弹性体材料在制备柔性传感器中的用途。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优势：
1、本发明制备的银纳米线基导电液晶弹性体通过喷涂法在薄膜表面沉积均匀的导电性能优异的银纳米线，使得复合膜具有导电性，并且小尺寸的银纳米线可以跟随复合膜的拉伸及压缩改变表面密度，可以通过电阻变化检测复合膜的形变。
2、本发明能够通过调节银纳米线含量获得具有不同原始电阻的银纳米线基导电液晶弹性体复合材料。
附图说明
图1为银纳米线/液晶弹性体膜微观图；
图2为薄膜拉伸及收缩电阻变化示意图。
具体实施方式
本实施例的银纳米线基导电液晶弹性体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将369.00mg的液晶单体RM257、14.00mg的交联剂四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯和104.00mg的扩链剂3，6-二氧杂-1，8-辛烷二硫醇加入5mL菌种瓶中，加入2mL的二氯甲烷形成透明前驱体溶液，室温超声5min使混合物混合均匀；
(2)在(1)的混合溶液中加入5.5μL的二正丙胺，将混合溶液倒入内径长宽分别为2cm×3cm的石英玻璃槽中，然后将石英槽置于35℃的真空干燥箱中进行热交联反应；
(3)热交联8小时反应完全后，将薄膜从石英玻璃槽中取出，得到液晶弹性体材料。
(4)在(3)得到的液晶弹性体膜表面喷涂7次银纳米线，得到银纳米线/液晶弹性体复合材料。
根据图1所示，液晶弹性体表面有许多银纳米线。银纳米线的加入使得液晶弹性体复合膜具有导电效果。并且随着薄膜拉伸与收缩，银纳米线相对密度改变从而复合膜电阻出现变化。
根据图2所示，研究了银纳米线基导电液晶弹性体复合膜应力传感器性能，复合膜在20％应变下进行测试，研究电阻变化情况。在该应变下，复合膜电阻发生明显变化，并且恢复后可回复至原电阻经过十次循环依旧保持较好的性能。
Claims (5)
1.一种银纳米线基导电液晶弹性体材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将液晶单体、扩链剂、交联剂、二氯甲烷混合，形成透明前驱体溶液，室温超声使混合物混合均匀；
(2)在(1)的混合溶液中加入二正丙胺，将混合溶液置于真空中进行热交联反应；
(3)反应完全后，将薄膜取出，得到液晶弹性体膜；
(4)在(3)得到的液晶弹性体膜表面喷涂银纳米线，得到银纳米线基导电液晶弹性体材料。
2.根据权利要求1所述的银纳米线基导电液晶弹性体材料的制备方法，其特征在于：液晶单体∶交联剂∶扩链剂＝36.9∶1.4∶10.4。
3.根据权利要求1所述的银纳米线基导电液晶弹性体材料的制备方法，其特征在于：液晶单体为RM257；交联剂为(3-巯基丙酸)季戊四醇酯；扩链剂为3，6-二氧杂-1，8-辛烷二硫醇。
4.根据权利要求1所述的银纳米线基导电液晶弹性体材料的制备方法，其特征在于：银纳米线喷涂次数为6-15次。
5.权利要求1-4任一项制备得到的银纳米线基导电液晶弹性体材料在制备柔性传感器中的用途。
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