一种基于氧化石墨烯电纺pu聚氨酯的弹性应力传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于氧化石墨烯电纺PU聚氨酯的弹性应力传感器，包括由PU聚氨酯膜构成的基体，基体上浸润有氧化石墨烯。本发明提供了一种基于氧化石墨烯电纺PU聚氨酯的弹性应力传感器，可取代传统的弹性应力传感器。
【专利说明】一种基于氧化石墨烯电纺PU聚氨酯的弹性应力传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器领域，具体是一种基于氧化石墨烯电纺ro聚氨酯的弹性应力传感器。
【背景技术】
[0002]聚氨酯全称为聚氨酯甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式此时雾化的是聚合物微小射流，运行一定距离后，最终固化成纤维。而经过静电纺丝后的PU膜，形成了空间网状结构，具有良好的弹性性倉泛。
[0003]氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，还原后得到石墨烯。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯是已知的世界上最薄、最坚硬的纳米材料。且具有透明、良好的导电性等性能。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、到点速度更快的新一代电子元件或晶体管。
[0004]因此，设计、发明一种基于氧化石墨烯电纺膜的弹性应力传感器，在工业应用前景上具备很大的潜力。
[0005]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种基于氧化石墨烯电纺PU聚氨酯的弹性应力传感器，可取代传统的弹性应力传感器。
[0006]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种基于氧化石墨烯电纺PU聚氨酯的弹性应力传感器，其特征在于:包括由呈空间网状结构的PU聚氨酯膜构成的基体，所述基体上浸润有分散完全的氧化石墨烯，且氧化石墨烯经水合肼还原。
[0007]所述的一种基于氧化石墨烯电纺聚氨酯的弹性应力传感器，其特征在于:所述基体由PU聚氨酯通过高压电纺后得到，且构成基体的聚氨酯呈空间网状的膜状。
[0008]所述的一种基于氧化石墨烯电纺聚氨酯的弹性应力传感器，其特征在:所述氧化石墨烯经过10比I的水和甲醇分散后，均匀附着在基体上，在经过还原剂水合肼的还原，氧化石墨烯经过还原，得到石墨烯均匀附着在电纺PU膜上。
[0009]所述的一种基于氧化石墨烯电纺I3U聚氨酯的弹性应力传感器，其特征在:经氧化石墨烯浸润后的基体对应力感应明显，在受到外力时，基体的空间网状结构形态发生变化，被还原的氧化石墨烯形态随之改变，在电学上反应为构成基体的PU聚氨酯膜的电阻发生变化。
[0010]与传统的弹性应力传感器相比，本发明的有益效果体现在:
1、本发明利用了静电纺丝得到的PU聚氨酯膜，呈空间网状结构。不仅制备简单，还具有优异的弹性性能。
[0011]2、通过一定比例甲醇和水分散氧化石墨烯附着在网状结构的PU聚氨酯膜上，溶液法即可制备，适用于工业上的大量生产。
[0012]3、氧化石墨烯附着在PU聚氨酯膜上后经过水合肼还原，得到的就是氧化石墨烯附着在网状结构的PU聚氨酯膜上，因此对应力感应明显。反应在PU聚氨酯膜的电阻随应力变化明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是纯PU膜的扫描电镜图片。
[0014]图2是表面附着了完全分散开的氧化石墨烯的PU膜的扫描电镜图。
[0015]图3是器件拉伸回缩25%过程中电流随时间变化。
[0016]图4是器件拉伸0%、10%、20%、30%、40%过程中伏安特性曲线。
[0017]图5是制作传感器的整个工艺流程图。
【具体实施方式】
[0018]一种基于氧化石墨烯电纺聚氨酯的弹性应力传感器，包括由呈空间网状结构的PU聚氨酯膜构成的基体，基体上浸润有分散完全的氧化石墨烯，且氧化石墨烯经水合肼还原。
[0019]基体由聚氨酯通过高压电纺后得到，且构成基体的PU聚氨酯呈空间网状的膜状。图1即是静电纺丝得到的PU膜的SEM图，可以看出显示了规整的交叉网状结构。
[0020]氧化石墨烯经过10比I的水和甲醇分散后，均匀附着在基体上。在经过还原剂水合肼的还原，氧化石墨烯经过还原，得到石墨烯均匀附着在电纺PU膜上。图2即是石墨烯均匀附着在电纺I3U膜上的SEM图片。
[0021]经氧化石墨烯浸润后的基体对应力感应明显，在受到外力时，基体的空间网状结构形态发生变化，被还原的氧化石墨烯形态随之改变，在电学上反应为构成基体的I3U聚氨酯膜的电阻发生变化。
[0022]本发明中:
(I)、预氧化石墨的制备:
将2.5g五氧化二磷(P205)、3.0g鳞片石墨、2.5g过硫酸钾(K2S208)、磁子和12mL98%H2S04加入到250mL的单口圆底烧瓶中混合均匀，将圆底烧瓶置于油浴锅中加热，在80°C后反应4.5h。将得到的混合物在室温下冷却，缓慢的滴入装有0.5L蒸馏水的大烧杯中，搅拌30min后，用布氏漏斗抽滤，产物自然干燥，即得到预氧化石墨。
[0023](2)、氧化石墨烯的制备:
在冰水浴下，将预氧化石墨缓慢加入装有120 mL的浓硫酸(98%)的2000mL大烧杯中，在20 °C以下，搅拌均匀。称取15 gKMn04缓慢地加入(此反应为放热反应，需要缓慢加入)，搅拌4小时(加完后开始计时)后低温下滴加250 mL蒸馏水，常温继续搅拌2小时，观察当混合物变为深褐色时，用600 mL去离子水稀释。在磁力搅拌下缓慢加入20 mL 30%的H202，有大量气体放出，此时观察混合物变为亮黄色，静止，当混合物沉淀在烧杯底层倒去上层清液。用800 mL 1:10的盐酸溶液洗去下层稠液中残余金属，机械搅拌60 min，隔夜倒去上层清液，用分子量为8000-10000的透析袋将下层粘稠状液体透析，直到氧化石墨的pH为中性。小心取出透析后的氧化石墨，并放在平底烧瓶中备用。
[0024](3)、电纺PU膜的制备:
PU溶于DMF，搅拌配置10%—20%的PU/DMF溶液；然后将I3U溶液加入到电纺装置的针筒内，针头为10-16号针头，针头到接收板的距尚为10-20cm，电压为12-16Kv。
[0025](4)、传感器制备过程:
如图5所示。取0.2ml制取的氧化石墨烯,加入7ml的水和0.7ml的甲醇,超声30min,充分将氧化石墨烯分散开。将电纺的PU膜浸润在配制的氧化石墨烯溶液中，浸泡半小时，拿出来，放在旋涂仪上40秒800转甩干。晾干30min，放入98%水合肼溶液中20秒后取出，热台上80°C烘20min。即可测试表面被石墨烯所覆盖的电纺PU膜拉伸回缩过程中电学性能变化。图3是30%比例不停循环拉伸PU膜得到的电流随时间变化曲线。显示膜电阻受外力稳定变化。图4是PU膜拉伸0%、10%、20%、30%、40%不同比例后的伏安特性曲线。说明了 PU膜电学性能稳定。
【权利要求】
1.一种基于氧化石墨烯电纺PU聚氨酯的弹性应力传感器，其特征在于:包括由呈空间网状结构的PU聚氨酯膜构成的基体，所述基体上浸润有分散完全的氧化石墨烯，且氧化石墨烯经水合肼还原。
2.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯电纺PU聚氨酯的弹性应力传感器，其特征在于:所述基体由PU聚氨酯通过高压电纺后得到，且构成基体的PU聚氨酯呈空间网状的膜状。
3.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯电纺PU聚氨酯的弹性应力传感器，其特征在:所述氧化石墨烯经过10比I的水和甲醇分散后，均匀附着在基体上，在经过还原剂水合肼的还原，氧化石墨烯经过还原，得到石墨烯均匀附着在电纺PU膜上。
4.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯电纺PU聚氨酯的弹性应力传感器，其特征在:经氧化石墨烯浸润后的基体对应力感应明显，在受到外力时，基体的空间网状结构形态发生变化，被还原的氧化石墨烯形态随之改变，在电学上反应为构成基体的PU聚氨酯膜的电阻发生变化。
【文档编号】G01L1/18GK104251753SQ201410476034
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】邱龙臻, 胡大庆, 王庆贺, 王迎, 朱闵, 李鹏, 庞博 申请人:合肥工业大学