一种复合感应材料及其制备方法

本发明涉及传感器感知领域，具体涉及一种复合感应材料及其制备方法。

背景技术：

1、感应材料作为传感器的核心部件，可以有效的把外界的刺激转换为电压、电阻或电容信号，使外界的刺激能够转化为直观的电信号。目前现有的传感器感应方式主要是应变片、压电片、基于微纳米裂纹的金属片，这些感应方式的优点是方便使用，灵敏度较高。但这些感应方式也存在着较为明显的缺点，应变片和压电片体积较大，难以在狭小的空间和不规则的形状中使用。

2、压阻材料是具有压力阻变特征的材料，压阻材料的阻抗随压力的变化而变化。压阻传感器由于具有简单的器件结构，易于读取数据，且可以在较大的压力范围内工作等特点受到了广泛的关注。传统上，压阻传感器的敏感材料主要是由导电材料和变形材料两部分组成，其中包括镍在内的金属常被用作导电材料，聚二甲基硅氧烷(pdms)常被用作变形材料。然而，对于大多数基于平面结构的柔性压阻传感器来说都存在灵敏性差的问题，因此故针对以上存在的困境，提出一种高灵敏、可塑形、电阻变化范围大的复合压阻感应材料。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种具有高灵敏度、可塑形、能够适应狭小空间的感应材料的制备方法。采用该方法制成的感应材料，具有较高的灵敏度，能够适应狭小的空间，可以做成任何的形状，性能稳定。在受到外界刺激的情况下，能够有高灵敏的电阻响应变化，提升现有传感器的性能，且可多次的使用，耐久性好。

2、本发明的第一个目的是提供一种复合感应材料，由pdms、镍粉、镓铟合金、和纳米银导电墨水组成。

3、进一步地，pdms、镍粉、镓铟合金和纳米银导电墨水的投料比为1g:1.5g:(0.3-0.5)ml:(0.4-0.6)ml，其中pdms的含量大于1ml情况下影响复合感性材料成型，小于1ml情况下使制得的复合感应材料不具有导电性；镍粉的含量大于1.5g情况下影响复合感应材料成型，小于1.5g情况下使制得的复合感应材料不具有导电性。

4、优选地，所述pdms由预聚物和固化剂混合而成，体积密度为1.01-1.1g/ml，其中预聚物和固化剂的质量比例为10：1。

5、优选地，镍粉的直径尺寸为3-5μm。

6、优选地，镓铟合金中金属镓和金属铟的质量比例为75：25。

7、优选地，纳米银导电墨水银粉粒径为50nm，粘度为5-12cp，银含量为30-40wt％，方阻为1-10mω，硬度为2h，附着力为0级。

8、本发明的第二个目的是提供一种复合感应材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将各组分放入容器后搅拌使其完全混合均匀，去除气泡，升温固化，冷却后得到所述的复合感应材料。

9、进一步地，以pdms、镍粉、镓铟合金和纳米银导电墨水的顺序依次添加。

10、进一步地，搅拌的转速为1000-1500rpm，转速大小影响镓铟合金微粒直径大小，从而影响材料导电性能。

11、进一步地，搅拌的时间为10-20分钟。

12、进一步地，在真空条件下放置40-60分钟去除气泡。

13、进一步地，去除气泡时控制温度不高于30℃，过高的室内温度会加快聚二pdms固化，从而影响材料制备过程。

14、进一步地，升温固化的条件是温度90-120℃，时间4-6小时。

15、进一步地，冷却条件为20-30℃放置2-3小时，至复合感应材料没有粘稠感。

16、本发明的有益效果：

17、本发明在复合感应材料的组成上创新地加入了纳米银导电墨水，大幅降低了材料的电阻值，使其更好的接近普通压阻材料的阻值。纳米银导电墨水是流动性较好的液体，在材料均匀混合的过程中更利于材料的成形。该方法制成的复合感应材料不仅拥有较高的灵敏度，而且有着较大的电阻变化范围，实现了高精度和大量程的完美结合；同时该复合感应材料经过多次使用后电阻率能保持稳定，耐久性好。

技术特征：

1.一种复合感应材料，其特征在于：由聚二甲基硅氧烷、镍粉、镓铟合金和纳米银导电墨水组成。

2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：聚二甲基硅氧烷、镍粉、镓铟合金和纳米银导电墨水的投料比为1g:1.5g:(0.3-0.5)ml:(0.4-0.6)ml。

3.一种如权利要求1所述复合感应材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将各组分放入容器后搅拌使其完全混合均匀，去除气泡，升温固化，冷却后得到所述的复合感应材料。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：以聚二甲基硅氧烷、镍粉、镓铟合金和纳米银导电墨水的顺序依次添加各组分。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：搅拌的速度为1000-1500rpm。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：搅拌的时间为10-20分钟。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：真空条件下放置40-60分钟去除气泡。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：去除气泡时控制温度不高于30℃。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：升温固化的温度为90-120℃，时间为4-6小时。

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：冷却条件为20-30℃放置2-3小时，至复合感应材料没有粘稠感。

技术总结
本发明公开了一种复合感应材料及其制备方法，所述材料由聚二甲基硅氧烷、镍粉、镓铟合金和纳米银导电墨水组成，各组分比例为1g:1.5g:(0.3‑0.5)mL:(0.4‑0.6)mL。将各组分放入容器后搅拌使其完全混合均匀，去除气泡，放入模具中升温固化，冷却后得到所述的复合感应材料。该材料在常温下为流动胶状，加热后为稳定固态，灵敏度高，可塑形，能够适应狭小空间，实现了高精度和大量程的完美结合，同时该材料经过多次使用后电阻率能保持稳定，耐久性好。

技术研发人员：王倩,芦泽仲,王可军,樊成,张雷
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15