本發(fā)明涉及功能傳感材料，尤其涉及一種柔性導(dǎo)電的壓力傳感功能多孔彈性體及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、柔性壓力傳感器作為一種能將力學(xué)信息轉(zhuǎn)換為電學(xué)信號的電子器件，在可穿戴電子設(shè)備、健康及運動監(jiān)測、智能人機交互以及人工智能等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。例如，在可穿戴設(shè)備中，它可監(jiān)測人體的生理信號如脈搏、呼吸等；在智能人機交互領(lǐng)域，能實現(xiàn)更自然、精準(zhǔn)的人機交互體驗。
2、傳統(tǒng)方法通過在傳感器壓敏層引入微金字塔、微柱子、微半球以及互鎖微結(jié)構(gòu)等提升靈敏度，但這些微結(jié)構(gòu)在較低壓力負(fù)載下易飽和，導(dǎo)致壓力檢測量程小，且制備工藝復(fù)雜，造價昂貴，難以批量化生產(chǎn)。后發(fā)展起導(dǎo)電氣凝膠壓力傳感材料。由導(dǎo)電材料構(gòu)建的氣凝膠結(jié)構(gòu)雖具有超低密度、高孔隙率、優(yōu)異導(dǎo)電性和良好熱穩(wěn)定性等優(yōu)點，在多孔電極、電磁屏蔽、吸附等領(lǐng)域有重要價值，但其固有的機械剛性和脆性使其靈敏度和壓縮應(yīng)變范圍有限，且壓縮過程中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)易受不可逆損傷，產(chǎn)生塑性變形和電導(dǎo)率不可逆變化，限制了在柔性壓力傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。
3、隨著可穿戴電子與便攜式智能系統(tǒng)的快速發(fā)展，需要制備出一種具有高靈敏度、寬檢測范圍、良好回彈性以及高穩(wěn)定性的壓力傳感功能材料。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種柔性導(dǎo)電的壓力傳感功能多孔彈性體及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明制備的柔性導(dǎo)電的壓力傳感功能多孔彈性體具有高靈敏度、寬檢測范圍、良好回彈性以及高穩(wěn)定性。
2、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：
3、本發(fā)明提供了一種柔性導(dǎo)電的壓力傳感功能多孔彈性體的制備方法，包括以下步驟：
4、將彈性體膠料、導(dǎo)電填料和助劑進行第一混煉，得到第一混煉料；所述助劑包括硫化劑；
5、將所述第一混煉料與第一模板劑和第二模板劑進行第二混煉，得到第二混煉料；所述第一模板劑為水溶性無機鹽，所述第二模板劑為水溶性聚合物；
6、將所述第二混煉料進行熱壓硫化，得到成型件；
7、將所述成型件進行水洗致孔，再經(jīng)干燥，得到所述柔性導(dǎo)電的壓力傳感功能多孔彈性體。
8、優(yōu)選地，所述彈性體膠料包括聚氨酯、苯乙烯類熱塑性彈性體和橡膠中的一種或幾種。
9、優(yōu)選地，所述導(dǎo)電填料包括銀粉、銀包銅粉、導(dǎo)電炭黑、碳納米管、石墨烯和鍍鎳碳纖維中的一種或幾種。
10、優(yōu)選地，所述水溶性無機鹽包括氯化鈉、硫酸鈉和碳酸鈉中的一種或幾種；所述水溶性聚合物包括聚乙二醇、聚氧化乙烯和聚乙烯醇中的一種或幾種，所述水溶性聚合物的重均分子量為8000~100000。
11、優(yōu)選地，以質(zhì)量份數(shù)計，所述彈性體膠料為100份，導(dǎo)電填料為100~800份，第一模板劑為50~800份，第二模板劑為10~300份，助劑為1~100份。
12、優(yōu)選地，所述第一混煉和第二混煉的溫度獨立地為50~200℃，時間獨立地為20~40min。
13、優(yōu)選地，所述熱壓硫化的溫度為170℃，壓力為10mpa，時間為10min。
14、本發(fā)明提供了以上技術(shù)方案所述制備方法制備得到的柔性導(dǎo)電的壓力傳感功能多孔彈性體，包括多孔彈性體基體和導(dǎo)電填料，所述多孔彈性體具有聯(lián)通的開孔結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電填料復(fù)合在所述多孔彈性體基體內(nèi)部及開孔結(jié)構(gòu)表面。
15、本發(fā)明提供了以上技術(shù)方案所述柔性導(dǎo)電的壓力傳感功能多孔彈性體在智能可穿戴設(shè)備中的應(yīng)用。
16、優(yōu)選地，所述智能可穿戴設(shè)備包括智能鞋材。
17、本發(fā)明提供了一種柔性導(dǎo)電的壓力傳感功能多孔彈性體的制備方法，本發(fā)明以彈性體膠料為基體材料，采用雙模板法的物理發(fā)泡方式構(gòu)建多孔彈性體材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
18、導(dǎo)電填料負(fù)載量高能夠賦予材料高電導(dǎo)率，但是會導(dǎo)致材料模量變高使得材料變脆變硬，無法實現(xiàn)形變導(dǎo)致的壓縮應(yīng)變響應(yīng)；并且，高含量的填料會導(dǎo)致材料加工困難、混煉不均、難以成型。本發(fā)明引入兩種模板劑，其中第二模板劑即水溶性聚合物在加工（混煉過程）時為熔融狀態(tài)，可以在熔融加工過程中臨時增加聚合物占比提高填料的負(fù)載能力，在后續(xù)水洗致孔的過程中又可以水溶性消除；水洗致孔后導(dǎo)電填料在開孔結(jié)構(gòu)表面和彈性體基體內(nèi)部均勻分布構(gòu)建出完善的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，該方法使得材料在具備較高電導(dǎo)率的同時兼顧了良好的柔性。本發(fā)明通過雙模板劑構(gòu)建聯(lián)通開孔結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高壓縮應(yīng)變，導(dǎo)電填料的定向分布與壓縮形變導(dǎo)致了其壓縮應(yīng)變的傳感靈敏性；
19、本發(fā)明可以通過彈性體膠料種類的選擇調(diào)節(jié)材料的楊氏模量（硬度）、通過導(dǎo)電填料的種類以及加量的調(diào)節(jié)調(diào)控材料的電阻范圍，通過模板劑加量的調(diào)節(jié)調(diào)控材料的發(fā)泡倍率，使得導(dǎo)電的多孔彈性體材料可以在0.05kg/cm2~120kg/cm2的范圍內(nèi)對壓力產(chǎn)生電阻變化響應(yīng)，獲得寬檢測范圍；
20、本發(fā)明提供的多孔彈性體具有良好的耐老化性能（實施例中進行80℃高溫老化600h測試），并且因?qū)щ娞盍系姆€(wěn)定性以及多孔彈性體良好的回彈性，使得多孔彈性體具有導(dǎo)電性能與傳感性能的穩(wěn)定性。
21、本發(fā)明提供了以上技術(shù)方案所述制備方法制備得到的柔性導(dǎo)電的壓力傳感功能多孔彈性體，本發(fā)明提供的柔性導(dǎo)電的壓力傳感功能多孔彈性體具有高靈敏度、寬檢測范圍、良好回彈性以及高穩(wěn)定性。
1.一種柔性導(dǎo)電的壓力傳感功能多孔彈性體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述彈性體膠料包括聚氨酯、苯乙烯類熱塑性彈性體和橡膠中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述導(dǎo)電填料包括銀粉、銀包銅粉、導(dǎo)電炭黑、碳納米管、石墨烯和鍍鎳碳纖維中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述水溶性無機鹽包括氯化鈉、硫酸鈉和碳酸鈉中的一種或幾種；所述水溶性聚合物包括聚乙二醇、聚氧化乙烯和聚乙烯醇中的一種或幾種，所述水溶性聚合物的重均分子量為8000~100000。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4任意一項所述的制備方法，其特征在于，以質(zhì)量份數(shù)計，所述彈性體膠料為100份，導(dǎo)電填料為100~800份，第一模板劑為50~800份，第二模板劑為10~300份，助劑為1~100份。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述第一混煉和第二混煉的溫度獨立地為50~200℃，時間獨立地為20~40min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熱壓硫化的溫度為170℃，壓力為10mpa，時間為10min。
8.權(quán)利要求1~7任意一項所述制備方法制備得到的柔性導(dǎo)電的壓力傳感功能多孔彈性體，包括多孔彈性體基體和導(dǎo)電填料，所述多孔彈性體具有聯(lián)通的開孔結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電填料復(fù)合在所述多孔彈性體基體內(nèi)部及開孔結(jié)構(gòu)表面。
9.權(quán)利要求8所述柔性導(dǎo)電的壓力傳感功能多孔彈性體在智能可穿戴設(shè)備中的應(yīng)用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述智能可穿戴設(shè)備包括智能鞋材。