CN115991892B - 一种基于复合型柔性材料的湿度压力传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于复合型柔性材料的湿度压力传感器及其制备方法，该复合型柔性材料是以明胶颗粒为填充粒子，首先通过成膜‑溶解‑浸出的方法得到多孔结构的聚二甲基硅氧烷（PDMS）柔性基底，将聚(3,4‑亚乙基二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）及聚苯胺（PANI）作为导电材料引入PDMS多孔结构中，获得复合型多孔的PEDOT:PSS/PANI/PDMS的柔性材料，并基于该柔性材料制备得到一种湿度压力传感器，该柔性材料制备工艺简单，无需半导体生产工艺，成本低；该传感器可实现两个物理量湿度和压力的检测，不需要设计多种敏感结构或测试单元，且灵敏度高、响应速度快。
Description
技术领域
本发明涉及柔性传感器领域，特别涉及基于复合型柔性材料的湿度压力传感器及其制备方法。
背景技术
柔性传感器在人机交互、运动健康监测、智能机器人等领域具有广阔的发展前景。近年来，柔性传感器在面向人体运动及生命体征信号检测方面的应用备受关注。然而，柔性传感器使用对象的实际环境较为复杂，需要检测、评估的参数、变量往往不止一种。为了尽量接近实际使用情况，保证传感器检测到的参数的可靠性与真实性，传感器应充分考虑压力、温度、湿度、速度等多物理参数的影响，以获取更多有用的信息，更真实的评估待测对象的物理、空间环境。因此，研制可以同时检测两个或两个以上不同性质物理量的复合型柔性传感器是柔性电子技术发展的迫切需求。
常见的复合型传感器通常是将多个传感单元集成到一个传感器上，各传感单元各司其职，工作时通过探测各传感单元的信号可获得不同物理量的值，实现了检测多个物理量的功能，也具备了较好的检测性能。中国专利CN 114858339A公开了一种喷墨打印技术实现的柔性阵列式湿度压力传感器，同时集成了湿度和压力测量单元，相互不干扰。然而该复合传感器具有多层结构，因此较为复杂，且由于该传感器基于LC谐振原理，需要较为昂贵的网络分析仪作为测试设备。孙其君等人在专利CN110793676A中将ZnS:Mn、还原氧化石墨烯掺入到弹性体中得到了温度湿度压力传感器，具有高集成度、高分辨率和高灵敏度的优势，然而该传感器的制备需要半导体生产中的光刻等工艺，流程复杂、成本高。且该传感器检测湿度时，响应时间需要数十秒，反应较慢，且测量湿度的灵敏度较低，低于10MΩ/%RH，该传感器检测湿度的原理是根据氧化石墨烯电容随湿度增加而增加，但弹性体PDMS也随压力增加导致电容产生变化，这导致该传感器在存在压力的情况下测量湿度的准确性下降。CN106568539A公布的温湿度压力传感器同样也需要半导体生产中的光刻等工艺进行制造。
华中科技大学的段田田制备了多种孔径和孔结构的多孔PDMS柔性压力传感器，电容式多孔PDMS柔性压力传感器的压力最大灵敏度为0.0658KPa-1。使用导电填料或增加孔结构的柔弹性能增加多孔PDMS柔性压力传感器的压力灵敏度，但灵敏度未超过1.7529KPa-1。现有技术CN114479469A公布的填充石墨烯的柔性压力传感器的压力灵敏度不超过76.321KPa-1，且随压力增加，灵敏度下降。当导电填料为导电纳米炭黑、碳纳米管、石墨烯、Ag粉、Au粉或银包铜粉，其压力灵敏度也未超过7.29KPa-1，CN111609954A公布了将3 ,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)/聚苯乙烯磺酸钠(PSS)形成导电织物附着在PDMS基底上得到压力传感器，但灵敏度较低。CN115096480A公布的柔性电容式压力传感器中填充了碳纳米管和MXene，但压力灵敏度亦较低。CN110501095A公布了多层复合压力传感器，其压力灵敏度未超过507KPa-1，已是目前灵敏度最高的压力传感器。以上目前的压力传感器存在灵敏度有限，或增加温湿度传感功能时，工艺复杂的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种集湿度、压力检测功能于一体的复合型柔性材料，制备工艺简单、成本低，能同时检测湿度和压力，且灵敏度高、响应速度快。
本发明采用以下技术方案来实现的，一种复合型柔性材料，是以明胶颗粒为填充粒子模版，通过成膜-溶解-浸出的方法得到多孔聚二甲基硅氧烷（PDMS）的多孔柔性基底，将聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）及聚苯胺（PANI）作为导电材料引入PDMS多孔结构中，来获得制备湿度压力传感器的材料。
具体包括以下制备步骤：S1.制备多孔PDMS柔性基底；S2.利用等离子体处理所述多孔PDMS柔性基底，再将其浸入导电聚合物溶液中进行导电化处理，退火后得到填充有导电聚合物颗粒的多孔PDMS柔性的复合弹性体；S3.利用聚苯胺（PANI）溶液对所述复合弹性体进行二次导电化处理，得到PEDOT:PSS/ PANI/PDMS的复合型柔性材料。
可选的，所述步骤S1包括以下制备步骤：将PDMS胶体溶液填充到明胶颗粒组成的模版的间隙中，再加入固化剂，并于真空下脱气处理去除气泡，进行第一次烘干处理，固化后得到包裹了明胶颗粒的PDMS弹性体，再将所述柔性弹性体置于去离子水中浸出明胶颗粒，再次烘干处理得到多孔PDMS柔性基底。
进一步的，所述明胶颗粒的粒径大小为0.3-1.5mm。
进一步的，所述PDMS胶体溶液和固化剂以10:1的质量比进行混合。
进一步的，所述步骤S1中第一次烘干处理的条件为60℃干燥，4h。
进一步的，所述步骤S2中导电聚合物为聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS），PEDOT:PSS的浓度为2~15 mg/mL。
进一步的，所述步骤S2中等离子体处理的条件为150W、2分钟，退火处理的条件为150℃、1~2 h。
可选的，所述步骤S3包括以下制备步骤：将所述步骤S2中得到的多孔PDMS柔性的复合弹性体浸泡在1~20 mg/mL的聚苯胺（PANI）溶液中后，挤出多余的溶液后干燥，得到PEDOT:PSS/ PANI/PDMS的复合型柔性材料。
本发明还提出了基于上述方法制备得到的复合型柔性材料，以及包括该材料的一种湿度压力传感器，即将所述复合型柔性材料的上下表面用铜电极封装，得到PEDOT:PSS/PANI/PDMS的湿度压力传感器。
进一步的，所述PEDOT:PSS/PANI附着在多孔结构PDMS柔性基底的结构表面，PEDOT:PSS为颗粒状，PANI呈线状网络结构。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.基于本发明制备得到的基于PEDOT:PSS/ PANI/PDMS的复合型柔性材料的传感器，通过受到不同压力或在不同湿度中复合结构的电阻变化来反映所施压力或环境湿度，一种复合型柔性材料结构即可实现两个物理量的检测，不需要设计多种敏感结构或测试单元，工艺简单、成本低。
2.基于本发明制备得到的基于PEDOT:PSS/ PANI/PDMS的复合型柔性材料的传感器灵敏度高，检测压力的灵敏度最大为2.0×103kPa-1，检测湿度的灵敏度为644.4 MΩ/%RH；基于该复合型柔性材料的传感器对压力的响应速度快，响应时间与回复时间均小于3s；对湿度的响应速度快，响应、回复时间约为4s；基于该复合型柔性材料的传感器稳定性好，在10000次压缩-释放循环内电流变化率几乎保持不变，传感器在不同的湿度条件下经过30h的测试，其电阻值基本保持不变。
3.基于本发明制备得到的基于PEDOT:PSS/ PANI/PDMS的复合型柔性材料的传感器的测试设备为常用的源表，测试设备成本低，测试方法简单。
附图说明
图1为实施例1所制备的PEDOT:PSS/PANI/PDMS复合弹性体的照片和SEM图，其中a为PEDOT:PSS/PANI/PDMS复合弹性体的实物照片，b为PEDOT:PSS/PANI/PDMS复合弹性体耐弯折照片，c为PEDOT:PSS/PANI/PDMS复合弹性体的低倍SEM图，d为图c中标识区的局部放大图。
图2为实施例1所制备的PEDOT:PSS/PANI/PDMS柔性湿度压力传感器的压力灵敏度特性曲线。
图3为实施例1所制备的PEDOT:PSS/PANI/PDMS柔性湿度压力传感器在500 Pa压力下的响应-回复曲线图。
图4为实施例1所制备的PEDOT:PSS/PANI/PDMS柔性湿度压力传感器经10000次循环测试的电流变化率-时间关系曲线图。
图5为实施例1所制备PEDOT:PSS/PANI/PDMS柔性湿度压力传感器的湿度响应特性曲线，其中曲线1为对比例1所制备PEDOT:PSS/ PDMS柔性传感器的电阻-湿度变化曲线，曲线2为实施例1所制备的PEDOT:PSS/PANI/PDMS柔性湿度压力传感器的电阻-湿度变化曲线。
图6为实施例1所制备的PEDOT:PSS/PANI/PDMS柔性湿度压力传感器对湿度的响应-回复曲线图。
图7为实施例1所制备的PEDOT:PSS/PANI/PDMS柔性湿度压力传感器在25%~70%RH条件下连续测试30小时的电阻-时间关系图。
图8为实施例2所制备的PEDOT:PSS/PANI/PDMS柔性湿度压力传感器的压力灵敏度特性曲线。
图9为实施例3所制备的PEDOT:PSS/PANI/PDMS柔性湿度压力传感器的压力灵敏度特性曲线。
图10为实施例4所制备的PEDOT:PSS/PANI/PDMS柔性湿度压力传感器的压力灵敏度特性曲线。
图11为对比例1所制备的PEDOT:PSS /PDMS弹性体的SEM图。
图12为对比例1所制备的PEDOT:PSS /PDMS柔性湿度压力传感器的压力灵敏度特性曲线。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
二甲基硅氧烷（PDMS）以及配套使用的固化剂分别是购买自道康宁公司的DC184有机硅的A胶和B胶；聚3,4-亚乙基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）购买自西安宝莱特光电科技有限公司；聚苯胺（PANI）购买自国药试剂。
实施例1
（1）称取1.5 g的聚二甲基硅氧烷胶体溶液（PDMS）导入2cm×2cm×1cm玻璃皿中，再将2.25g粒径为1 mm的明胶加入溶液中搅拌5分钟，使其均匀分散。
明胶的相对密度为1.3~1.4g/cm3，聚二甲基硅氧烷的密度为0.8±0.1g/cm3，步骤（1）中加入的聚二甲基硅氧烷溶液和明胶体积接近，聚二甲基硅氧烷填充在明胶颗粒的间隙之间，明胶颗粒在聚二甲基硅氧烷溶液形成互相连通的网络。
（2）称取0.15 g固化剂加入步骤（1）所得溶液中，搅拌10分钟后放入真空干燥箱，抽气并保持真空5分钟。
（3）将步骤（2）所得的混合溶液放入干燥箱中60℃，加热4h后，从玻璃皿中取出得到明胶-PDMS的复合弹性体。
（4）将步骤（3）所得复合弹性体放入90℃热水中，保温并搅拌至明胶完全溶解，取出后用去离子水冲洗、烘干，得到多孔结构PDMS柔性基底。
（5）将步骤（4）所得多孔结构PDMS柔性基底进行150 W、2分钟的等离子体处理，再将其浸泡在15 mg/mL的 “聚 3,4-亚乙基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）的溶液中10分钟，用镊子挤出多余的溶液。
（6）将步骤（5）所得PEDOT:PSS/PDMS复合弹性体进行150℃、1 h的退火处理。
（7）将步骤（6）所得PEDOT:PSS/PDMS复合弹性体浸泡在10 mg/mL的聚苯胺（PANI）溶液20分钟，用镊子挤出多余的溶液后放入干燥箱中40℃下干燥2 h。
（8）将步骤（7）所得的PEDOT:PSS/ PANI/PDMS复合弹性体的上下表面用铜电极封装，最终得到复合型柔性湿度压力传感器。
本实施例所制备的PEDOT:PSS/PANI/PDMS的复合型柔性湿度压力传感器的实物如图1a所示，传感器大小为2×2cm2，传感器经弯折后未出现裂纹、缺口，如图1b所示，传感器能回复至变形前的尺寸。PEDOT:PSS/PANI/PDMS的复合型柔性湿度压力传感器具有微米级多孔结构，如图1c所示，将局部区域放大后，可发现PEDOT:PSS为颗粒状，PANI呈线状网络结构，与PDMS弹性体之前接触良好，如图1d所示。
如图2中曲线所示，本实施例所制备的PEDOT:PSS/PANI/PDMS的复合型柔性湿度压力传感器，在0~56kPa压力范围内，有三段线性响应区域。在0~12kPa压力范围内的灵敏度为1.6×103kPa-1；在12~40kPa压力范围内的灵敏度为2.0×103kPa-1；在40~56kPa压力范围内的灵敏度为4.4×102kPa-1。传感器的压力灵敏度随着压强的增大而减小。其原因是当未向海绵施加压力时，导电海绵内部的孔隙结构之间几乎没有接触，内部结构比较松散，具有较大的泊松比，因此当施加较小的压强时导电海绵能够就能发生较大的变形，导致附着在导电海绵内部的导电填料颗粒相互连接，导电通路迅速增多，导电海绵的电导率也就随之迅速增加，所以具有较大的灵敏度；但是当压强继续增大时，导电海绵的泊松比随之减小，即使施加较大的压强也只能发生较小的变形，海绵内部的导电路径即将达到饱和，所以灵敏度逐渐降低。
如图3所示，本实施例所制备的PEDOT:PSS/PANI/PDMS的复合型柔性湿度压力传感器，在500 Pa压力作用下，其响应时间为2.78 s，回复时间为2.83 s。
如图4所示，本实施例所制备的PEDOT:PSS/PANI/PDMS的复合型柔性湿度压力传感器，在500 Pa压力作用下循环10000次压缩-释放的过程，传感器能快速响应信号且保持稳定的电流变化率，表明传感器具有良好的重复性。
另外，本实施例所制备的PEDOT:PSS/PANI/PDMS的复合型柔性湿度压力传感器，如图5中曲线2所示，在25%~70%RH湿度范围内，具有高灵敏度，灵敏度为644.4 MΩ/%RH。本实施例所制备的PEDOT:PSS/PANI/PDMS的复合型柔性湿度压力传感器，对湿度变化的响应速度快，响应时间4.2s，回复时间为3.8s，如图6所示。且聚苯胺的具有导电性，且电阻随湿度的增加迅速减小，有利于提高复合型柔性湿度压力传感器的灵敏度，而背景技术中的MXene、氧化石墨烯、聚酰亚胺作为湿度敏感材料时，随湿度增加，导电性下降，在高湿度环境下不能增强压力传感器的灵敏度。
本实施例所制备的PEDOT:PSS/PANI/PDMS的复合型柔性湿度压力传感器，在不同湿度下经过30小时不间断测试，湿度传感器的电阻值保持稳定，表明传感器测试湿度时具有良好的稳定性，如图7所示。
上述测试数据结果表明，基于本实施例的PEDOT:PSS/PANI/PDMS的复合型柔性弹性体的传感器具有优异的湿度、压力敏感特性，且该湿度压力传感器具有响应速度快、灵敏度高、稳定性好、结构简单等优势。
实施例2
（1）称取1.5 g多孔聚二甲基硅氧烷溶液（PDMS）溶液导入2cm×2cm×1cm玻璃皿中，再将2.25g粒径1 mm的明胶颗粒加入溶液中搅拌5分钟，使其均匀分散。
（2）称取0.15 g固化剂加入步骤（1）所得溶液中，搅拌10分钟后放入真空干燥箱，抽气并保持真空5分钟。
（3）将步骤（2）所得混合溶液放入干燥箱中60℃，加热4 h后，从玻璃皿中取出得到明胶-PDMS复合弹性体。
（4）将步骤（3）所得复合弹性体放入90℃热水中保温并搅拌至明胶完全溶解，取出后用去离子水冲洗、烘干得到多孔结构PDMS柔性基底。
（5）将步骤（4）所得多孔结构PDMS柔性基底进行150 W、2分钟的等离子体处理，再将其浸泡在15 mg/mL的 “聚 3,4-亚乙基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）的溶液中10分钟，用镊子挤出多余的溶液。
（6）将步骤（5）所得PEDOT:PSS/PDMS复合弹性体进行150℃、1 h的退火处理。
（7）将步骤（6）所得PEDOT:PSS/PDMS复合弹性体浸泡在1 mg/mL的聚苯胺（PANI）溶液20分钟，用镊子挤出多余的溶液后放入干燥箱中40℃下干燥2 h。
（8）将步骤（7）所得复合弹性体的上下表面用铜电极封装得到PEDOT:PSS/ PANI/PDMS的柔性湿度压力传感器。
如图8所示，实施例2对应的传感器在0~12kPa压力范围内的灵敏度为8.1kPa-1；在12~40kPa压力范围内的灵敏度为13.3 kPa-1；在40~56kPa压力范围内的灵敏度为22.8 kPa-1。
实施例3
（1）称取1.5 g多孔聚二甲基硅氧烷溶液（PDMS）溶液导入2cm×2cm×1cm玻璃皿中，再将2.25g粒径1 mm的明胶颗粒加入溶液中搅拌5分钟，使其均匀分散。
（2）称取0.15 g固化剂加入步骤（1）所得溶液中，搅拌10分钟后放入真空干燥箱，抽气并保持真空5分钟。
（3）将步骤（2）所得混合溶液放入干燥箱中60℃，加热4 h后，从玻璃皿中取出得到明胶-PDMS复合弹性体。
（4）将步骤（3）所得复合弹性体放入90℃热水中保温并搅拌至明胶完全溶解，取出后用去离子水冲洗、烘干得到多孔结构PDMS柔性基底。
（5）将步骤（4）所得多孔结构PDMS柔性基底进行150 W、2分钟的等离子体处理，再将其浸泡在15 mg/mL的 “聚 3,4-亚乙基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）的溶液中10分钟，用镊子挤出多余的溶液。
（6）将步骤（5）所得PEDOT:PSS/PDMS复合弹性体进行150℃、1 h的退火处理。
（7）将步骤（6）所得PEDOT:PSS/PDMS复合弹性体浸泡在5 mg/mL的聚苯胺（PANI）溶液20分钟，用镊子挤出多余的溶液后放入干燥箱中40 ℃下干燥2 h。
（8）将步骤（7）所得复合弹性体的上下表面用铜电极封装得到PEDOT:PSS/ PANI/PDMS的柔性湿度压力传感器。
如图9所示，本实施例3对应的传感器在0~12kPa压力范围内的灵敏度为1.8×102kPa-1；在12~40kPa压力范围内的灵敏度为5.4×102kPa-1；在40~56kPa压力范围内的灵敏度为1.9×102kPa-1。
实施例4
（1）称取1.5 g的多孔聚二甲基硅氧烷溶液（PDMS）溶液导入2cm×2cm×1cm玻璃皿中，再将2.25g粒径1 mm的明胶颗粒加入溶液中搅拌5分钟，使其均匀分散。
（2）称取0.15 g固化剂加入步骤（1）所得溶液中，搅拌10分钟后放入真空干燥箱，抽气并保持真空5分钟。
（3）将步骤（2）所得混合溶液放入干燥箱中60℃，加热4 h后，从玻璃皿中取出得到明胶-PDMS复合弹性体。
（4）将步骤（3）所得复合弹性体放入90℃热水中保温并搅拌至明胶完全溶解，取出后用去离子水冲洗、烘干得到多孔结构PDMS柔性基底。
（5）将步骤（4）所得多孔结构PDMS柔性基底进行150 W、2分钟的等离子体处理，再将其浸泡在15 mg/mL的 “聚 3,4-亚乙基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）的溶液中10分钟，用镊子挤出多余的溶液。
（6）将步骤（5）所得PEDOT:PSS/PDMS复合弹性体进行150℃、1 h的退火处理。
（7）将步骤（6）所得PEDOT:PSS/PDMS复合弹性体浸泡在20 mg/mL的聚苯胺（PANI）溶液20分钟，用镊子挤出多余的溶液后放入干燥箱中40 ℃下干燥2 h。
（8）将步骤（7）所得复合弹性体的上下表面用铜电极封装得到PEDOT:PSS/ PANI/PDMS的柔性湿度压力传感器。
如图10所示，本实施例4对应的传感器在0~12kPa压力范围内的灵敏度为4.1×102kPa-1；在12~40kPa压力范围内的灵敏度为1.2×103kPa-1；在40~56kPa压力范围内的灵敏度为3.5×102kPa-1。
对比例1
本对比例在多孔结构PDMS的柔性基底中仅复合PEDOT:PSS导电溶液，其他步骤与实施例1至实施例4相同。
（1）称取1.5 g多孔聚二甲基硅氧烷溶液（PDMS）溶液导入2cm×2cm×1cm玻璃皿中，再将2.25g粒径1 mm的明胶加入溶液中搅拌5分钟，使其均匀分散。
（2）称取0.15 g固化剂加入步骤（1）所得溶液中，搅拌10分钟后放入真空干燥箱，抽气并保持真空5分钟。
（3）将步骤（2）所得混合溶液放入干燥箱中60 ℃，加热4 h后，从玻璃皿中取出得到明胶-PDMS复合弹性体。
（4）将步骤（3）所得复合弹性体放入90℃热水中保温并搅拌至明胶完全溶解，取出后用去离子水冲洗、烘干得到多孔结构PDMS柔性基底。
（5）将步骤（4）所得多孔结构PDMS柔性基底进行150 W、2分钟的等离子体处理，再将其浸泡在15 mg/mL的 “聚 3,4-亚乙基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）的溶液中10分钟，用镊子挤出多余的溶液后放入干燥箱中40 ℃下干燥2 h。
（6）将步骤（5）所得复合弹性体的上下表面用铜电极封装得到PEDOT:PSS/PDMS柔性压力传感器。
如图11所示，从本对比例所制备的PEDOT:PSS/PDMS复合弹性体的SEM图中可以看到，PEDOT:PSS为纳米级颗粒附着在PDMS弹性体内壁。
在25%~70%RH湿度范围内，本对比例1所制备的PEDOT:PSS/PDMS传感器的电阻值无明显变化，如图5中曲线1所示。
如图12所示，本对比例对应的传感器在0~12kPa压力范围内的灵敏度为10.2 kPa-1；在12~40kPa压力范围内的灵敏度为6.9 kPa-1；在40~56kPa压力范围内的灵敏度为3.7kPa-1。
对比例1不添加聚苯胺（PANI）的PEDOT:PSS/PDMS柔性压力传感器，和实施例2添加少量的聚苯胺（PANI）的PEDOT:PSS/PDMS柔性压力传感器的压力灵敏度接近，一般认为PEDOT:PSS/PDMS的导电性能优于聚苯胺（PANI），故在PDMS柔性压力传感器中仅添加聚苯胺（PANI）后其压力灵敏度不会优于仅添加PEDOT:PSS的PEDOT:PSS/PDMS柔性压力传感器。同时在PEDOT:PSS/PDMS柔性压力传感器中添加少量的聚苯胺（PANI）也证实对PEDOT:PSS/PDMS柔性压力传感器的压力灵敏度没有明显改善。
而实施例1、实施例3、实施例4中增加聚苯胺（PANI）后的PEDOT:PSS/PDMS柔性压力传感器的压力灵敏度明显增加100~1000倍，是因为聚苯胺（PANI）在PDMS中形成了导电的网状结构，能将导电性更高但未彼此连接的PEDOT:PSS导电颗粒串连起来，当施加较小的压强时导电海绵能够就能发生较大的变形，一旦附着在导电海绵内部的少量导电填料颗粒相互连接，较多的导电填料颗粒通过导电网状结构迅速连接更多的导电填料颗粒，导电通路呈指数增多，导电海绵的电导率也就随之迅速呈指数增加，所以具有较大的灵敏度。但如实施例4，当聚苯胺（PANI）添加过量时，导电海绵内部的大部分导电填料颗粒本已经通过导电网络结构实现相互连接，当施加压力使导电海绵发生较大的变形时，即使使得部分导电颗粒彼此接触，但这些接触的导电颗粒在导电海绵未变形时，已通过导电网络结构实现相互连接，故施加压力对导电海绵的电导率的增加不明显，故灵敏度并未随聚苯胺（PANI）的继续增加而上升。
Claims (8)
1.一种复合型柔性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1 .制备多孔PDMS柔性基底；S2.利用等离子体处理所述多孔PDMS柔性基底，再将其浸入导电聚合物溶液中进行导电化处理，退火后得到填充有导电聚合物颗粒的多孔PDMS柔性的复合弹性体；S3 .利用聚 苯胺溶液对所述复合弹性体进行二次导电化处理，得到PEDOT:PSS/ PANI/PDMS的复合型柔性材料；
所述步骤S1包括以下制备步骤：将PDMS胶体溶液填充到明胶颗粒组成的模版的间隙中，再加入固化剂，并于真空下脱气处理去除气泡，进行第一次烘干处理，固化后得到包裹了明胶颗粒的PDMS弹性体，再将所述柔性弹性体置于去离子水中浸出明胶颗粒，再次烘干处理得到多孔PDMS柔性基底；
所述步骤S3包括以下制备步骤：将步骤S2中得到的多孔PDMS柔性的复合弹性体浸泡在1~20 mg/mL的聚苯胺溶液中后，挤出多余的溶液后干燥，即得到PEDOT:PSS/ PANI/PDMS的复合型柔性材料。
2.根据权利要求1所述的复合型柔性材料的制备方法，其特征在于，所述明胶颗粒的粒径大小为0.3-1 .5mm。
3.根据权利要求1所述的复合型柔性材料的制备方法，其特征在于，所述PDMS胶体溶液和固化剂以10:1的质量比进行混合。
4.根据权利要求1所述的复合型柔性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中第一次烘干处理的条件为60℃干燥4h。
5.根据权利要求1所述的复合型柔性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中导电聚合物为聚(3 ,4-亚乙基二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸盐，聚(3 ,4-亚乙基二氧噻吩) :聚苯乙烯磺酸盐浓度为2~15mg/mL。
6.根据权利要求1所述的复合型柔性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中等离子体处理的条件为150W、2分钟，退火处理的条件为150℃、1~2h。
7.一种复合型柔性材料，由权利要求1~6任一项所述的复合型柔性材料的制备方法得到。
8.一种湿度压力传感器，包括权利要求7所述的复合型柔性材料。
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