专利名称：用于柔性湿度传感器的湿度敏感材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及可溶液成型的用于柔性湿度传感器的敏感材料及其制备方法。
背景技术：
目前，用于湿度传感器的敏感材料主要是金属、金属氧化物或半导体材料等，这几类材料都不具有柔韧性。虽然已有各类柔性触觉传感器，但却共同存在以下问题1、在材料的选择上，不能兼有良好湿度传感功能和柔韧性，并且成本高；2、在传感器阵列结构的布置上，由于所选择的材料的限制，对阵列结构要求高，主要适用于刚性、组合式阵列结构，不能适用于任意设计的触觉传感器阵列，适用范围小；3、在制作工艺上，现有的柔性触觉传感器主要是使用MEMS技术和分层安装技术， 制作工艺要求高，成本大。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种兼有良好湿度传感功能和柔韧性、适用于任意设计的湿度传感器阵列结构的用于柔性湿度传感器的湿度敏感材料；本发明同时提供一种工艺简单、用于柔性湿度传感器的敏感材料的制备方法。本发明解决问题采用如下技术方案本发明用于柔性湿度传感器的湿度敏感材料的特点是以多壁碳纳米管和液态有机硅为原料，所述原料中各成分按如下质量份配比液态有机硅100份；多壁碳纳米管12 20份；分散剂10份。本发明用于柔性湿度传感器的湿度敏感材料的特点也在于所述液态有机硅为单组分室温固化液态硅橡胶RTV⑶401，或为双组份聚二甲基硅氧烷 PDMS DC-184。所述多壁碳纳米管平均长度为20 μ m，平均直径为10 20nm，电阻率为3 6Χ1(Γ2Ω · cm。所述分散剂是密度为650 750kg/m3的蒸馏石脑油。本发明用于柔性湿度传感器的湿度敏感材料的制备方法的特点是所述液态有机硅选用为单组分室温固化液态硅橡胶RTV⑶401，在常温、常压下， 将多壁碳纳米管与分散剂经超声分散后添加到单组分室温固化液态硅橡胶RTV GD401中， 再经超声分散得混合溶液；将所述混合溶液旋涂在触觉传感器结构模型中，室温下完成固化成型；或为所述液态有机硅选用为双组份聚二甲基硅氧烷PDMS DC-184，在常温、常压下，将多壁碳纳米管与分散剂经超声分散后添加到所述双组份聚二甲基硅氧烷PDMS DC-184的A剂中，经超声分散得混合液A ；向所述混合液中添加双组份聚二甲基硅氧烷PDMS DC-184的B剂，再经超声分散得混合溶液B，将所述混合溶液B丙旋涂在湿度传感器结构模型中，室温下完成固化成型。为了有效提高敏感材料在湿度传感功能和柔韧性上的兼容性，本发明选用固化成型后柔韧性良好的液态有机硅作为基体材料，通过填料掺杂，在保证该材料触觉传感功能的同时更进一步改善其柔软性。本发明采用液体有机硅成型的方法，可以将敏感材料溶液填充到任意设计的温度传感器结构模型中经固化成型，极为有效地提高了柔性湿度传感器传感功能和柔韧性的兼容性，适于任意设计的湿度传感器结构。与已有技术相比，本发明有益效果体现在1、本发明采用液态有机硅作为基体材料，固化成型后的有机硅具有很好柔性，保证了湿度敏感材料的柔性；2、本发明采用多壁碳纳米管作为导电填料，使湿度敏感材料具有良好的湿度敏感特性的同时具有一定的柔性；3、本发明选用多壁碳纳米管和有机硅作为基体材料，相比已有的柔性触觉传感器材料，有效地降低了材料的硬度，改善了材料的柔性，和湿度敏感效应；4、本发明采用液体有机硅成型的方法，使本发明材料可以应用于任意设计的湿度传感器结构模型中，拓宽了其适用的范围，并且该方法工艺简单，降低了柔性湿度传感器的成本。
图1为多壁碳纳米管/硅橡胶电阻-湿度特性曲线图2为多壁碳纳米管/硅橡胶的SEM3为多壁碳纳米管/PDMS电阻-湿度特性曲线
具体实施例方式实施例1 按重量份取单组分室温固化液态硅橡胶RTV⑶401为100份；多壁碳纳米管为12 份；分散剂为10份。其中，多壁碳纳米管平均长度为20 μ m,平均直径为10 20nm，电阻率为3 6X 10_2Ω · cm ；分散剂是密度为650 750kg/m3的蒸馏石脑油。制备过程在常温、常压下，将多壁碳纳米管与分散剂利用FS-150超声波处理仪超声分散 30 40分钟后添加到液态硅橡胶RTV⑶401中，经超声分散25分钟得混合溶液；将混合溶液旋涂于传感器结构模型中、室温固化成型，成型时间为65小时。结论从图1中曲线a可以看出，多壁碳纳米管/硅橡胶复合材料电阻值随相对湿度的增加而增大，并线性度好，灵敏度高。实施例2按重量份取单组分室温固化液态硅橡胶RTV⑶401为100份；多壁碳纳米管为14 份；分散剂为10份。其中，多壁碳纳米管的平均长度20 μ m,平均直径10 20nm，电阻率 3 6X 10_2 Ω · cm ；分散剂是密度为650 750kg/m3的蒸馏石脑油。制备过程同实施例1。结论从图1中b曲线可以看出，多壁碳纳米管/硅橡胶复合材料电阻值随多壁碳纳米管份数增多而减小，但随相对湿度的增加而增大，并线性度更好，灵敏度更高；从图 2可以看出，多壁碳纳米管在硅橡胶内部形成一定的导电网络。实施例3 按重量份取单组分室温固化液态硅橡胶RTV⑶401为100份；多壁碳纳米管为20 份；分散剂为10份。其中，多壁碳纳米管的平均长度为20 μ m,平均直径为10 20nm，电阻率为3 6X 10_2Ω · cm ；分散剂是密度为650 750kg/m3的蒸馏石脑油。制备过程同实施例1。结论从图1中曲线c可以看出，多壁碳纳米管/硅橡胶复合材料电阻值随多壁碳纳米管份数增多而减小，但随相对湿度的增加而增大，并呈近似线性变化，灵敏度高。对得到的湿度敏感材料进行湿度敏感特性测试和扫描电子显微镜分析，湿度敏感特性测试的结果如图1所示的特性曲线，扫描电子显微镜分析如图2。由图1可知，随着碳纳米管份数的增加，多壁碳纳米管/硅橡胶的电阻值减小。在相同温度下，多壁碳纳米管/ 硅橡胶的电阻值随相对湿度增加而增大，并呈近似线性变化，并且曲线b的线性度好，灵敏度高。由图2可知，多壁碳纳米管在硅橡胶内部形成一定的导电网络，导电粒子会在这个网络中进行传递。实施例4 以多壁碳纳米管和有机硅复合体系，按如下重量份配比双组份聚二甲基硅氧烷PDMS DC-184 :100份；多壁碳纳米管12份；分散剂10 份。多壁碳纳米管平均长度为20 μ m，平均直径为10 20nm，电阻率为3 6Χ1(Γ2Ω · cm。分散剂为蒸馏石脑油，密度650 750kg/m3。制备过程在常温、常压下，将多壁碳纳米管与分散剂利用FS-150超声波处理仪，超声分散 35分钟后得混合溶液甲；将混合溶液甲添加到聚二甲基硅氧烷PDMS DC-184的A剂中，超声分散25分钟得混合溶液乙；在混合溶液乙中添加PDMS DC-184的B剂，再次超声分散得混合溶液丙，将混合溶液丙旋涂于传感器结构模型中、室温固化成型，成型时间为20 沈小时。结论从图3中曲线d可以看出，多壁碳纳米管/PDMS复合材料电阻值随着相对湿度增加而增大，且呈近似线性，灵敏度高。实施例5 以多壁碳纳米管和有机硅复合体系，按如下重量份配比双组份聚二甲基硅氧烷PDMS DC-184为100份；多壁碳纳米管16份；分散剂10 份。多壁碳纳米管MWCNTs的平均长度为20 μ m,平均直径为10 20nm，电阻率为3 6Χ10_2Ω · cm ；分散剂为蒸馏石脑油、密度为650 750kg/m3。制备过程同实施例4。结论从图3中可以看出，多壁碳纳米管/PDMS复合材料电阻值随着多壁碳纳米管份数的增多而减小，但随相对湿度的增加而增大，电阻-湿度曲线近似呈线性，灵敏度更尚。实施例6 以多壁碳纳米管和有机硅复合体系，按如下重量份配比双组份聚二甲基硅氧烷 PDMSDC-184 :100份；多壁碳纳米管20份；分散剂:10份。多壁碳纳米管MWCNTs，其平均长度为20 μ m，平均直径为10 20nm，电阻率为3 6 X IO"2 Ω · cm。分散剂为蒸馏石脑油、密度为650 750kg/m3。制备过程同实施例4。结论从图3中f曲线可以看出，多壁碳纳米管/PDMS复合材料的电阻值随多壁碳纳米管份数的增多而减小，但随相对湿度增加而增大，电阻-湿度曲线近似呈线性，灵敏度
尚ο对得到的湿度敏感材料进行温度敏感特性测试和分析，湿度敏感特性测试的结果如图3所示的特性曲线。在相同温度下，多壁碳纳米管/PDMS的电阻值随相对湿度增加而增大，并呈近似线性变化，并且曲线e的线性度好，灵敏度高。
权利要求
1.用于柔性湿度传感器的湿度敏感材料，其特征是所述材料是以多壁碳纳米管和液态有机硅为原料，所述原料中各成分按如下质量份配比液态有机硅100份；多壁碳纳米管12 20份；分散剂10份。
2.根据权利要求1所述的用于柔性湿度传感器的湿度敏感材料，其特征是所述液态有机硅为单组分室温固化液态硅橡胶RTV⑶401，或为双组份聚二甲基硅氧烷PDMS DC-184。
3.根据权利要求1所述的用于柔性湿度传感器的湿度敏感材料，其特征是所述多壁碳纳米管平均长度为20 μ m，平均直径为10 20nm，电阻率为3 6X 10_2 Ω · cm。
4.根据权利要求1所述的用于柔性湿度传感器的湿度敏感材料，其特征是所述分散剂是密度为650 750kg/m3的蒸馏石脑油。
5.一种权利要求1所述的用于柔性湿度传感器的湿度敏感材料的制备方法，其特征是所述液态有机硅选用为单组分室温固化液态硅橡胶RTV GD401，在常温、常压下，将多壁碳纳米管与分散剂经超声分散后添加到单组分室温固化液态硅橡胶RTV GD401中，再经超声分散得混合溶液；将所述混合溶液旋涂在触觉传感器结构模型中，室温下完成固化成型；或为所述液态有机硅选用为双组份聚二甲基硅氧烷PDMS DC-184，在常温、常压下，将多壁碳纳米管与分散剂经超声分散后添加到所述双组份聚二甲基硅氧烷PDMS DC-184的A 剂中，经超声分散得混合液A ；向所述混合液中添加双组份聚二甲基硅氧烷PDMS DC-184的 B剂，再经超声分散得混合溶液B，将所述混合溶液B丙旋涂在湿度传感器结构模型中，室温下完成固化成型。
全文摘要
本发明公开了一种用于柔性湿度传感器的湿度敏感材料及制备方法，其特征是以多壁碳纳米管和液态有机硅为原料，原料中各成分按质量份配比为液态有机硅100份；多壁碳纳米管12～20份；分散剂10份。本发明湿度敏感材料兼有良好湿度传感功能和柔韧性、适用于任意设计的湿度传感器阵列结构中。
文档编号G01N27/04GK102495106SQ20111041269
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者刘彩霞, 吴本科, 廉超, 张玉刚, 高峰, 黄英 申请人:合肥工业大学