CN106876065A - 一种柔性线状应力敏感电阻的制备方法及其产品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性线状应力敏感电阻的制备方法及其产品，以及以这种柔性线状应力敏感电阻作为传感器的应力敏感元件的应力传感器，由本发明的方法制得的柔性线状应力敏感电阻为复合弹力线，所述复合弹力线为聚氨酯/导电聚合物复合线状材料，导电聚合物不仅包裹于聚氨酯扁形弹力线表面，也填充于聚氨酯扁形弹力线材料内部形成复合材料。这种应力敏感电阻同时兼具优异的拉伸和电学性能，且制备方法简单，成本低廉，由该应力敏感材料制成的应力传感器在测试膝盖屈伸、手指活动等动作、可拉伸显示屏、皮肤传感器等领域有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于电子器件技术领域，具体涉及一种柔性线状应力敏感电阻的制备方法及其产品。
背景技术
由于在身体健康监测、自然灾害预警、智能机器人等方面的潜在应用，应力传感器引起了人们的巨大兴趣。目前，应力传感器已经超越了其原来的目的，不仅应用于体育以及保健用途，还可以应用于疾病监测等。例如，利用电子皮肤体现其感知以及心理、身体状态，利用三维微电来实现大脑皮层对假肢的精确控制，利用人工耳蜗来让听力重现等。但是，常规的电子器件由于制备条件以及材料的限制，大部分具有既硬又脆的性质，面临变形则会出现器件损坏的后果。实现电子器件的小型化，以及在此基础上的柔性，可以实现其适应非平面的工作环境，突破现有电子器件的应用范围。因此柔性可穿戴应力传感器成为目前科学家又一研究重点。但是，对于实际应用的器件有一个要求，即最好有大尺度的拉伸以满足实际需求。但是对目前大家的关注重点主要是器件的可弯曲性以及对外界的感应等，对于拉伸性的研究相对较少。而且由于材料以及制备工艺的限制，现有的应力传感器的拉伸性能相对较差，对于拉伸性能超过300％的传感器鲜有报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种柔性线状应力敏感电阻的制备方法及其产品，以及以这种柔性线状应力敏感电阻作为传感器的应力敏感元件的应力传感器，这种应力敏感材料同时兼具优异的拉伸和电学性能，且制备方法简单，成本低廉，由该应力敏感材料制成的应力传感器在测试膝盖屈伸、手指活动等动作、可拉伸显示屏、皮肤传感器等领域有很好的应用前景。
为了解决上述问题，本发明提供了一种柔性线状应力敏感电阻，一种柔性线状应力敏感电阻的制备方法，包括以下步骤：
(1)清洗聚氨酯扁形弹力线：应用去离子水或酒精对聚氨酯扁形弹力线表面进行清洗去除杂物；
(2)原位聚合导电聚合物：配置导电聚合物聚合反应溶液，将步骤(1)清洗后的聚氨酯扁形弹力线完全浸入配置导电聚合物聚合反应溶液中，直至反应液聚合反应产生的导电聚合物在聚氨酯扁形弹力线表面和材料间隙中充分沉积包裹、填充形成复合弹力线，将复合弹力线取出，洗去其表面杂质即可得柔性线状应力敏感电阻。
由上述方法制得的柔性线状应力敏感电阻为复合弹力线，所述复合弹力线为聚氨酯/导电聚合物复合线状材料，经测试该柔性线状应力敏感电阻的轴向拉伸率大于1400％，且轴向拉伸至1400％该电阻仍具导电性能。
本发明的制备方法步骤(1)所用的聚氨酯扁形弹力线为市售的聚氨酯(PU)扁形弹力线，这种PU扁形弹力线具有良好的弹性、柔韧性、可加工型以及价格低廉的优良性能，常作为串珠串的弹力绳。原位聚合法是制备复合材料的方法，将基底材料置于高分子材料单体聚合反应的环境中，聚合反应所得的高分子聚合物会沉积在基底材料上形成包裹层，从而得到基底材料和高分子聚合物复合材料。按照以往的通过原位聚合物反应复合导电聚合物和线状基底材料的实验结果和经验，会得到核壳结构吗，即在PU扁形弹力线外表面形成导电聚合物包裹层组成同轴线状材料，该材料的内部为绝缘弹性体，外部为聚合物导电层，组成复合材料的两个不部分各司其职，即复合线状材料的导电性能仅依赖于外层聚合物导电层(导致材料导电率一般较低)，力学拉伸性能则依赖于内部弹性材料，这种材料虽然也具有拉伸性，且作为应力敏感电阻，在一定的拉伸范围其导电率可以随材料拉伸形变变化，即产生力学信号和电信号的响应，但是，由于复合材料的力学性能不同，材料间的结合力有限，当内层弹性体拉伸量过大时弹性材料表面的聚合物导电层会产生断裂和脱落，使得材料的导电性能会受到很大影响甚至消失，无法再实现力学信号和电信号的响应，因此现有拉伸性能超过300％的传感器鲜有报道，无法适应大尺度的拉伸的应用需求。而采用本发明的方法制得的种柔性线状应力敏感电阻的导电率较高，且经测试该柔性线状应力敏感电阻的轴向拉伸率大于1400％，此处的拉伸率＝(弹性拉伸限度内材料的最大伸长量/材料原长)*100％，其中，弹性拉伸限度内材料的伸长量＝材料弹性形变后的最大长度-材料原长，且轴向拉伸至1400％该电阻仍具导电性能，在大尺寸拉伸过程中，该电阻的导电率可以随材料拉伸形变稳定变化，产生力学信号和电信号的响应，撤去拉伸应力该电阻在聚氨酯弹性材料的回复力作用下快速回复原长，电阻的导电率随之快速恢复。该电阻的性能明显高于常规实验预期，可以很好的适应大尺度的拉伸的应用需求，且响应速度快、回复性能好、灵敏度高。
优选的，所述步骤(2)的导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚(3,4-乙撑二氧噻吩)、聚噻吩、聚(3-己基噻吩)、聚乙炔、聚对苯乙烯、聚苯硫醚、聚苯基乙炔中的一种或多种。
优选的，所述步骤(2)的导电聚合物为聚苯胺，所述步骤(2)为：苯胺0.93克、过硫酸铵4.56克、磺基水杨酸1.28克、蒸馏水70毫升混合充分搅拌，配置成导电聚合物聚合反应溶液，反应温度保持0～4℃，配置好导电聚合物聚合反应溶液后将聚氨酯扁形弹力线浸入其中，浸泡6小时后取出复合弹力线，用去离子水进行冲洗3次，室温真空下晾干，即可得超高拉伸性能的导电应力传感器。
由上述优选方案制得的柔性线状应力敏感电阻为聚氨酯/聚苯胺复合线状材料，经测试，所述柔性线状应力敏感电阻在拉伸形变率为600％时电导率为拉伸前的1/3，所述柔性线状应力敏感电阻拉伸形变率为100％时撤去拉力，可迅速回复原样，电阻的电导率也随之恢复，回复时间小于1秒，所述柔性线状应力敏感电阻未受力形变时的电导率为102S/cm数量级。其中，拉伸形变率＝(材料的伸长量/材料原长)*100％，材料的伸长量＝材料弹性形变后的长度-材料原长。
为了更好的理解解释本发明应力敏感电阻的优越性能，发明人以上述聚氨酯/聚苯胺复合线状材料柔性线状应力敏感电阻为例，进行了进一步分析和推理，发明人实验中所用的PU扁形弹力线为灰白色弹力线，而实验过程中合成的聚苯胺为墨绿色，如果复合材料为常规认为的同轴线状材料，那么该电阻内部应该为灰白色，然而，发明人将该电阻(聚氨酯/聚苯胺复合线状材料)撕裂后，发现其内部仍为墨绿色，即在该电阻中具有导电性能的导电聚合物不止包裹于聚氨酯扁形弹力线表面，也填充于聚氨酯扁形弹力线材料内部形成复合材料。发明人猜测：作为基底材料的PU扁形弹力线表面有明显的轴向纹理，且极易沿轴向撕裂剥离出更细的弹力线，其结构应该类似于由束缚在一起的同向纤维束组成，材料内部不均匀，存在细小的间隙，在聚苯胺原位聚合反应中，小分子的聚苯胺渗入填充到材料的间隙中进而在其内部形成复合结构。聚苯胺材料这种填充式的复合结构结合PU弹性材料本身的性质，并不是简单的使复合材料中的导电聚合物比例增大而使其导电性能增强，同时，在材料拉伸的过程中也产生了意想不到的效果，当聚氨酯/聚苯胺复合线状材料组成的应力敏感电阻沿轴向拉伸时，PU弹性材料在整体轴向伸长的同时，会对填充于其间隙中的聚苯胺材料施加一个较大的压迫力，进而对聚苯胺材料产生一个沿材料拉伸方向的摩擦力，从而将聚苯胺材料牢固的束缚于PU材料内部，且随材料的拉伸而运动，因此在材料拉伸过程中，电阻内部的聚苯胺仍然是均匀分布，只是在拉伸过程中导电材料间的间距增大，因此，在大尺度拉伸时，仍然会有电信号的响应，也由于这种摩擦力的作用，在聚氨酯弹性材料的回复力作用下快速回复原长时，材料内部的聚苯胺能够快速回复原来位置，使得材料的导电率迅速恢复，从而使得该电阻再大尺度拉伸时仍具有响应速度快、回复性能好、灵敏度高的优点。
本发明还公开了以本发明的柔性线状应力敏感电阻作为传感器的应力敏感元件的应力传感器，在该传感器中柔性线状应力敏感电阻的线段两端部分别连接导电电极。由于作为应力敏感元件的柔性线状应力敏感电阻具有超高的拉伸回复性能，且具有较好的导性能，电阻随材料形变灵敏变化，响应时间短，该应力敏感材料制成的应力传感器在测试膝盖屈伸、手指活动等动作、可拉伸显示屏、皮肤传感器等领域有很好的应用前景。
进一步的，上述的应力传感器的柔性线状应力敏感电阻外包覆有聚二甲基硅氧烷封装保护层。该保护层可以更好的保护应力敏感电阻，同时避免外部湿度、温度等环境因素变化，对传感器信号的干扰影响。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种柔性线状应力敏感电阻的制备方法及其产品，以及以这种柔性线状应力敏感电阻作为传感器的应力敏感元件的应力传感器，这种应力敏感材料同时兼具优异的拉伸和电学性能，且制备方法简单，成本低廉，由该应力敏感材料制成的应力传感器在测试膝盖屈伸、手指活动等动作、可拉伸显示屏、皮肤传感器等领域有很好的应用前景。具体而言：
(1)该柔性线状应力敏感电阻的轴向拉伸率大于1400％，并且具有很好的响应速度、恢复性能。由该应力敏感材料制成的应力传感器能够更好的适应大尺度的拉伸试验，以满足实际需求，使其在测试膝盖屈伸、手指活动等动作、可拉伸显示屏、皮肤传感器等领域有很好的应用前景。
(2)该柔性线状应力敏感电阻的制备方法简单，且复合牢靠，更加方便生产应用。由于聚苯胺不仅包覆于PU扁形弹力线外表面，还复合与其内部，结合PU扁形弹力线良好的加工性能，可以根据实际需要把本发明的复合弹力线(柔性线状应力敏感电阻)沿其轴向剥离成合适尺寸的更细的复合弹力线，以灵活加工合适尺寸的柔性线状应力敏感电阻，发明人在实验中验证的该复合弹力线可以被剥离的最小直径可以是2μm，且所剥离的复合弹力线仍具备原材料的性质，因此可以加工微米尺度的微型柔性线状应力敏感电阻。
(3)在优选方案中，该柔性线状应力敏感电阻未受力形变时的电导率可达到102S/cm数量级，具有较好的导电性能，具有较好的应用前景。
附图说明
图1：实施例1的柔性线状应力敏感电阻的扫描电镜SEM图像；
图2：实施例1的柔性应力传感器在不同拉伸形变率下的电流特性曲线；
图3：实施例1的柔性应力传感器的响应曲线；
图4：手指反复弯曲时实施例1的柔性应力传感器的电流变化曲线；
图5：膝盖反复弯曲时实施例1的柔性应力传感器的电流变化曲线。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过实施方式对本方案进行阐述。
实施例1
一种柔性线状应力敏感电阻由以下方法制得：
(1)清洗聚氨酯弹性纤维：应用酒精对聚氨酯扁形弹力线表面进行清洗去除杂物；
(2)原位聚合导电聚合物包裹层：苯胺0.93克、过硫酸铵4.56克、磺基水杨酸1.28克、蒸馏水70毫升混合充分搅拌，配置成导电聚合物聚合反应溶液，反应温度保持0～4℃，配置好导电聚合物聚合反应溶液后迅速将聚氨酯扁形弹力线浸入其中，浸泡6小时后取出复合弹力线，用去离子水进行冲洗3次，室温真空下晾干，即可得柔性线状应力敏感电阻。
该柔性线状应力敏感电阻的扫描电镜SEM图像如图1所示，经测试该柔性线状应力敏感电阻未受力形变时的电导率可达到102S/cm数量级，具有较好的导电性能。
以上述柔性线状应力敏感电阻作为柔性应力传感器的应力敏感元件，在柔性线状应力敏感电阻的线段两端部分别用银胶连接铜线作为导电电极，然后用聚二甲基硅氧烷(PDMS)对器件进行封装。测试该柔性应力传感器性能，该柔性应力传感器在不同拉伸形变率下的电流特性曲线如图2所示，由该实验结果可以看出随着拉伸率增加，传感器的电流在减小，该器件拉伸率可以超过1400％，此时仍有电信号相应，即材料仍有导电性能；柔性应力传感器在反复施加撤去拉伸应力过程中的电流特性曲线如图3的响应曲线所示，由图3可以看出该传感器具有较高的灵敏度、较好的恢复性能和较快的响应速度；基于该传感器优良的力学、电学性能可将应用其在测试膝盖屈伸、手指活动等动作、可拉伸显示屏、皮肤传感器等领域。将该柔性应力传感器用于检测手指弯曲和膝盖运动的响应曲线分别如图4和图5所示。
实施例2
一种柔性线状应力敏感电阻由以下方法制得：
(1)清洗聚氨酯弹性纤维：应用去离子水对聚氨酯扁形弹力线表面进行清洗去除杂物；
(2)原位聚合导电聚合物包裹层：将0.3ml盐酸，1.2ml乙撑二氧噻吩(EDOT)单体，60ml去离子水混合，记作溶液A；将2.16g过硫酸铵，30ml去离子水混合，记作溶液B。溶液A和溶液B在室温下分别用磁力搅拌器搅拌10分钟后，将溶液A逐滴地滴加到溶液B中；再将所得混合溶液搅拌约10分钟，配置成导电聚合物聚合反应溶液，反应温度保持4℃，配置好导电聚合物聚合反应溶液后迅速将聚氨酯扁形弹力线浸入其中，温度保持4℃浸泡36小时后取出复合弹力线，用去离子水进行冲洗3次，室温真空下晾干，即可得柔性线状应力敏感电阻。
实施例3
一种柔性线状应力敏感电阻由以下方法制得：
(1)清洗聚氨酯弹性纤维：应用去离子水或酒精对聚氨酯扁形弹力线表面进行清洗去除杂物；
(2)原位聚合导电聚合物包裹层：将0.003mol木质素磺酸钠，0.040g吡咯(PY)单体，100ml去离子水混合，记作溶液C；将2.16g过硫酸铵，100ml去离子水混合，记作溶液D。溶液C和溶液D在室温下分别用磁力搅拌器搅拌50分钟后，将溶液C逐滴地滴加到溶液D中；再将所得混合溶液搅拌约20分钟，配置成导电聚合物聚合反应溶液，反应温度保持4℃，配置好导电聚合物聚合反应溶液后迅速将聚氨酯扁形弹力线浸入其中，温度保持4℃浸泡36小时后取出复合弹力线，用去离子水进行冲洗3次，室温真空下晾干，即可得柔性线状应力敏感电阻。
以上所列举的实施方式仅供理解本发明之用，并非是对本发明所描述的技术方案的限定，有关领域的普通技术人员，在权利要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变形，所有等同的变化或变形都应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种柔性线状应力敏感电阻的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)清洗聚氨酯扁形弹力线：应用去离子水或酒精对聚氨酯扁形弹力线表面进行清洗去除杂物；
(2)原位聚合导电聚合物：配置导电聚合物聚合反应溶液，将步骤(1)清洗后的聚氨酯扁形弹力线完全浸入配置导电聚合物聚合反应溶液中，直至反应液聚合反应产生的导电聚合物在聚氨酯扁形弹力线表面和材料间隙中充分沉积包裹、填充形成复合弹力线，将复合弹力线取出，洗去其表面杂质即可得柔性线状应力敏感电阻。
2.如权利要求1所述的一种柔性线状应力敏感电阻的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚(3,4-乙撑二氧噻吩)、聚噻吩、聚(3-己基噻吩)、聚乙炔、聚对苯乙烯、聚苯硫醚、聚苯基乙炔中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的一种柔性线状应力敏感电阻的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的导电聚合物为聚苯胺，所述步骤(2)为：苯胺0.93克、过硫酸铵4.56克、磺基水杨酸1.28克、蒸馏水70毫升混合充分搅拌，配置成导电聚合物聚合反应溶液，反应温度保持0～4℃，配置好导电聚合物聚合反应溶液后将聚氨酯扁形弹力线浸入其中，浸泡6小时后取出复合弹力线，用去离子水进行冲洗3次，室温真空下晾干，即可得超高拉伸性能的导电应力传感器。
4.如权利要求1至3中任一项的制备方法制得的一种柔性线状应力敏感电阻，其特征在于，所述柔性线状应力敏感电阻为复合弹力线，所述复合弹力线为聚氨酯/导电聚合物复合线状材料，导电聚合物不仅包裹于聚氨酯扁形弹力线表面，也填充于聚氨酯扁形弹力线材料内部形成复合材料。
5.如权利要求3的制备方法制得的一种柔性线状应力敏感电阻，其特征在于，所述所述柔性线状应力敏感电阻为聚氨酯/聚苯胺复合线状材料，所述柔性线状应力敏感电阻在拉伸形变率为600％时电导率为拉伸前的1/3。
6.如权利要求3的制备方法制得的一种柔性线状应力敏感电阻，其特征在于，所述柔性线状应力敏感电阻拉伸形变率为100％时撤去拉力，可迅速回复原样，电阻的电导率也随之恢复，回复时间小于1秒。
7.如权利要求3的制备方法制得的一种柔性线状应力敏感电阻，其特征在于，所述柔性线状应力敏感电阻未受力形变时的电导率为102S/cm数量级。
8.如权利要求4所述的一种柔性线状应力敏感电阻，其特征在于，所述柔性线状应力敏感电阻的轴向拉伸率大于1400％，且轴向拉伸至1400％该电阻仍具导电性能。
9.一种柔性应力传感器，其特征在于，以权利要求1至7中任一种所述的柔性线状应力敏感电阻作为传感器的应力敏感元件，所述柔性线状应力敏感电阻的线段两端部分别连接导电电极。
10.如权利要求9所述的一种柔性应力传感器，其特征在于，所述柔性线状应力敏感电阻外包覆有聚二甲基硅氧烷封装保护层。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109183219A (zh) * | 2018-08-01 | 2019-01-11 | 盐城工学院 | 一种智能纱线开关传感器 |
| CN109341909A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-02-15 | 郑州大学 | 一种多功能柔性应力传感器 |
| CN110028760A (zh) * | 2018-01-12 | 2019-07-19 | 纳米及先进材料研发院有限公司 | 压阻材料 |
| CN112378551A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-02-19 | 西安柯莱特信息科技有限公司 | 一种基于有机共轭聚合物材料的拉力探测器 |
| CN112504517A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-16 | 西安柯莱特信息科技有限公司 | 一种高灵敏电学拉力探测器 |
| CN113152095A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-07-23 | 福州大学 | 一种基于聚吡咯和聚苯胺制备高耐久性疏水传感器的方法 |
| CN115452205A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-12-09 | 北京服装学院 | 一种基于共轭取向静电纺丝技术的导电柔性压力传感器及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005538270A (ja) * | 2002-09-14 | 2005-12-15 | ダブリュー．ジンマーマン ゲーエムベーハー アンド カンパニー ケージー | 導電性ヤーン |
| CN103292685A (zh) * | 2013-06-09 | 2013-09-11 | 青岛大学 | 一种弯曲式柔性透明应变传感器的制备方法 |
-
2017
- 2017-03-13 CN CN201710144639.0A patent/CN106876065A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005538270A (ja) * | 2002-09-14 | 2005-12-15 | ダブリュー．ジンマーマン ゲーエムベーハー アンド カンパニー ケージー | 導電性ヤーン |
| CN103292685A (zh) * | 2013-06-09 | 2013-09-11 | 青岛大学 | 一种弯曲式柔性透明应变传感器的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张晓琳: ""聚氨酯基柔性导电纤维的制备及其气敏特性的研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110028760A (zh) * | 2018-01-12 | 2019-07-19 | 纳米及先进材料研发院有限公司 | 压阻材料 |
| CN110028760B (zh) * | 2018-01-12 | 2021-07-27 | 纳米及先进材料研发院有限公司 | 压阻材料 |
| CN109183219A (zh) * | 2018-08-01 | 2019-01-11 | 盐城工学院 | 一种智能纱线开关传感器 |
| CN109183219B (zh) * | 2018-08-01 | 2021-04-16 | 盐城工学院 | 一种智能纱线开关传感器 |
| CN109341909A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-02-15 | 郑州大学 | 一种多功能柔性应力传感器 |
| CN112378551A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-02-19 | 西安柯莱特信息科技有限公司 | 一种基于有机共轭聚合物材料的拉力探测器 |
| CN112504517A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-16 | 西安柯莱特信息科技有限公司 | 一种高灵敏电学拉力探测器 |
| CN113152095A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-07-23 | 福州大学 | 一种基于聚吡咯和聚苯胺制备高耐久性疏水传感器的方法 |
| CN115452205A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-12-09 | 北京服装学院 | 一种基于共轭取向静电纺丝技术的导电柔性压力传感器及其制备方法 |
| CN115452205B (zh) * | 2022-08-11 | 2025-04-18 | 北京服装学院 | 一种基于共轭取向静电纺丝技术的导电柔性压力传感器及其制备方法 |
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