介电弹性体材料的制备方法及压力传感器

本发明涉及一种介电弹性体材料的制备方法及压力传感器，属于电子材料和传感器。

背景技术：

1、传感器是一类能够灵敏地感知环境温度、湿度、压力等变化的电子器件。传统传感器采用刚性结构，具有不可拉伸性和机械性能较弱等缺陷，限制了其柔性可穿戴领域应用。柔性传感器具有超强环境适应性，在电子皮肤、软体机器人、可穿戴设备等领域具有广泛的应用。柔性压力传感器是一种可以感知外界压力变化的传感器件，在医疗健康监控、可穿戴电子皮肤等领域极具应用潜力。柔性压力传感器可以根据工作原理不同，分为电容型、压阻型和压电型。电容型压力传感器具有灵敏度高、空间分辨率高等特点，在长期使用中能保持极佳的稳定性和低的功耗，因而得到了广泛的应用。

2、电容型压力传感器的工作原理是以介电弹性体元件感受压力，并把弹性元件的位移量转换成电容量的变化。电容式压力传感器灵敏度定义为电容输出量变化和压力输入量的比值。通过提高介电弹性体的介电常数是提高电容式压力传感器的灵敏度最有效的方法之一。但是，目前的柔性压力传感器存在介电弹性体材料介电常数不高、灵敏度不高、透气性差等问题，严重限制了柔性压力传感器的大规模推广应用。

3、有鉴于此，确有必要提出一种介电弹性体材料的制备方法及压力传感器，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种介电弹性体材料的制备方法及压力传感器，具有高灵敏度、高透气性、高循环稳定性等优势。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种介电弹性体材料的制备方法，主要包括以下步骤：

3、步骤1、将cacu3ti4o12粉末和rgo粉末加入至pdms预聚物溶液中搅拌并混合均匀后，得到混合溶液；

4、步骤2、在混合溶液中加入nacl盐颗粒并混合均匀，再加入pdms交联固化剂，得到初步固化浆料；

5、步骤3、将初步固化浆料加入至热压机的模具内，通过热压处理将初步固化浆料压制成薄膜，并用水洗去除nacl盐颗粒，而后将薄膜从模具内剥离，得到多孔cacu3ti4o12/rgo/pdms的介电弹性体材料。

6、作为本发明的进一步改进，步骤1中，所述cacu3ti4o12粉末为1-4g，所述rgo粉末为0.1-0.3g，所述pdms预聚物溶液为10ml。

7、作为本发明的进一步改进，步骤2中，所述nacl盐颗粒的粒径为200-400μm。

8、作为本发明的进一步改进，步骤3中，所述薄膜在热压处理后的厚度为500-800μm。

9、作为本发明的进一步改进，所述多孔cacu3ti4o12/rgo/pdms的介电弹性体材料中，所述cacu3ti4o12的质量百分数为9-28％。

10、作为本发明的进一步改进，所述多孔cacu3ti4o12/rgo/pdms的介电弹性体材料中，所述rgo的质量百分数为1-3％。

11、为实现上述目的，本发明还提供了一种压力传感器，包括顶层透气薄膜电极、所述多孔cacu3ti4o12/rgo/pdms的介电弹性体材料和底层透气薄膜电极，所述多孔cacu3ti4o12/rgo/pdms的介电弹性体材料应用如上所述的介电弹性体材料的制备方法进行制备。

12、作为本发明的进一步改进，所述顶层透气薄膜电极和所述底层透气薄膜电极为多孔ag nw/tpu柔性透气导电薄膜材料。

13、作为本发明的进一步改进，所述多孔ag nw/tpu柔性透气导电薄膜材料的厚度为5-10μm，方阻为5-10ω/sq。

14、作为本发明的进一步改进，所述多孔ag nw/tpu柔性透气导电薄膜材料的制备方法包括：

15、s1、将1.5g的tpu和0.15ml的peg溶解在100ml的thf溶液中，得到混合溶液；

16、s2、使用迈耶棒将s1得到的5ml混合溶液均匀地涂覆在玻璃基板；

17、s3、将玻璃基板放入高湿度的环境中，10min后将薄膜从玻璃表面剥离获得多孔tpu薄膜；

18、s4、将1mg/ml的agnws溶液喷涂于多孔tpu薄膜表面，烘干后得到多孔ag nw/tpu柔性透气导电薄膜材料。

19、本发明的有益效果是：本发明所制备的介电弹性体材料具有高介电常数、多孔结构、高透气性和轻薄便携等特点，由该介电弹性体材料制备得到的压力传感器具有高灵敏度、高稳定性、高柔性和高透气性的优势，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种介电弹性体材料的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的介电弹性体材料的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述cacu3ti4o12粉末为1-4g，所述rgo粉末为0.1-0.3g，所述pdms预聚物溶液为10ml。

3.根据权利要求1所述的介电弹性体材料的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述nacl盐颗粒的粒径为200-400μm。

4.根据权利要求1所述的介电弹性体材料的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述薄膜在热压处理后的厚度为500-800μm。

5.根据权利要求1所述的介电弹性体材料的制备方法，其特征在于：所述多孔cacu3ti4o12/rgo/pdms的介电弹性体材料中，所述cacu3ti4o12的质量百分数为9-28％。

6.根据权利要求1所述的介电弹性体材料的制备方法，其特征在于：所述多孔cacu3ti4o12/rgo/pdms的介电弹性体材料中，所述rgo的质量百分数为1-3％。

7.一种压力传感器，其特征在于，包括顶层透气薄膜电极、所述多孔cacu3ti4o12/rgo/pdms的介电弹性体材料和底层透气薄膜电极，所述多孔cacu3ti4o12/rgo/pdms的介电弹性体材料应用如权利要求1-6中任一项所述的介电弹性体材料的制备方法进行制备。

8.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：所述顶层透气薄膜电极和所述底层透气薄膜电极为多孔ag nw/tpu柔性透气导电薄膜材料。

9.根据权利要求8所述的压力传感器，其特征在于：所述多孔ag nw/tpu柔性透气导电薄膜材料的厚度为5-10μm，方阻为5-10ω/sq。

10.根据权利要求8所述的压力传感器，其特征在于，所述多孔ag nw/tpu柔性透气导电薄膜材料的制备方法包括：

技术总结
本发明提供了一种介电弹性体材料的制备方法及压力传感器，所述介电弹性体材料的制备方法包括：将CaCu<subgt;3</subgt;Ti<subgt;4</subgt;O<subgt;12</subgt;粉末和RGO粉末加入至PDMS预聚物溶液中搅拌并混合均匀后，得到混合溶液；在混合溶液中加入NaCl盐颗粒并混合均匀，再加入PDMS交联固化剂，得到初步固化浆料：将初步固化浆料加入至热压机的模具内，通过热压处理将初步固化浆料压制成薄膜，并用水洗去除NaCl盐颗粒，而后将薄膜从模具内剥离，得到多孔CaCu<subgt;3</subgt;Ti<subgt;4</subgt;O<subgt;12</subgt;/RGO/PDMS的介电弹性体材料。本发明所制备的介电弹性体材料具有高介电常数、多孔结构、高透气性和轻薄便携等特点，由该介电弹性体材料制备得到的压力传感器具有高灵敏度、高稳定性、高柔性和高透气性的优势，具有良好的应用前景。

技术研发人员：李谊,杨秋月,王艺璇,马延文
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12