本发明涉及一种银纳米线/石墨烯/织物碳复合型柔性应力传感器的制备方法及其应用，属于新型材料技术领域。
背景技术：
可穿戴性传感器在我们现实生活中应用广泛。如医疗器械的脉搏智能监测就是利用了可穿戴传感器的柔性和高灵敏度的特点，在不影响被监测者正常生理活动情况下对其进行日常心电参数的采集，然后将所采集的数据传送至监护设备进行整合和处理，从而分析判断受测者机体的健康状况。在病人生理活动不受限制的情况下对其进行实时健康情况测试，不仅能够随时掌握病人的真实生理状态，而且能够大大节省医疗成本。然而，目前常规方法所制备的柔性应力传感器主要通过传统的导电填料和聚合物弹性体进行共混等方式进行制备，存在成本高、灵敏度低、柔性差等缺点，还不能满足人类对高灵敏度柔性应力传感器的实际需求。
银纳米线具有超高的长径比、高比表面积、高导热、高导电、能抗菌、延展性和柔性俱佳等性能，在柔性导电薄膜、显示屏和传感器等领域应用广泛。石墨烯具有典型的二维超薄结构、优良的导电导热能力和机械性能，被认为是制备柔性应力传感器的合适材料。目前，可穿戴式的柔性应力传感器已经成为人们研究的热点，柔性应力传感器不仅要求材料的拉伸性能好，而且要求具有高的灵敏度，解决问题的关键在于选择使用合适的基底和活性材料。以织物碳为基底，满足轻薄、柔性和可拉伸等特性，而银纳米线与石墨烯复合作为活性材料，实现一维银纳米线与二维石墨烯的协同效应，形成相互贯通的导电网络，有望获得高性能的柔性材料体系。
本发明提出了一种以有机织物衍生碳作为基底，一维银纳米线和二维石墨烯共同作为导电活性材料，聚合物为介质封装材料，制备高度可拉伸柔性应力传感器。该制备方法简单可靠，原理清晰，制备成本较低，环境友好，能够达到良好的力学性能和电阻应变性能，这使得银纳米线与石墨烯结合织物碳形成的复合材料，在应力传感器的研究中不仅具有良好的科研前瞻性，更有着广阔的应用前景。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种银纳米线/石墨烯/织物碳复合型柔性应力传感器的制备方法及其应用。该复合型柔性应力传感器应以有机织物衍生碳作为基底，一维银纳米线和二维石墨烯共同作为导电活性材料，聚合物为介质封装材料，制备高度可拉伸柔性应力传感器。该制备方法简单可靠，原理清晰，制备成本较低，环境友好，能够达到良好的力学性能和电阻应变性能，这使得银纳米线与石墨烯结合织物碳形成的复合材料，在应力传感器的研究中不仅具有良好的科研前瞻性，更有着广阔的应用前景。
本发明采用的技术方案是：一种银纳米线/石墨烯/织物碳复合型柔性应力传感器的制备方法，包括如下步骤：
(1) 将市售的亚麻布浸渍于0.05-1mg/ml氧化石墨烯溶液当中，超声处理0.5-1h，60-80℃烘干，获得氧化石墨烯/亚麻布复合材料；
(2) 将步骤(1)所得氧化石墨烯/亚麻布复合材料置于氮气、氩气、氦气、氢气的惰性或还原气氛下经过300-900℃碳化处理，优选温度为900℃，采用程序升温控制，由室温以2℃/min 的速率升至预定碳化温度并保温60-120min，自然冷却至室温状态，得到石墨烯/亚麻布热解衍生物复合材料；
(3) 将步骤(2)中所述石墨烯/亚麻布热解衍生物复合材料等体积浸渍于浓度为0.1-1mg/ml、长度为10-50μm、直径为10-80nm的银纳米线溶液中，得到银纳米线/石墨烯/亚麻布热解衍生物复合材料；
(4) 将步骤(3)所述银纳米线/石墨烯/亚麻布热解衍生物复合材料采用弹性高分子聚合物硅橡胶材料Ecoflex进行封装处理，得到复合型柔性应力传感器。
所述的一种银纳米线/石墨烯/织物碳复合型柔性应力传感器的应用，被拉伸到原始长度60%、灵敏度GF值达180和1000次拉伸循环稳定性没有发生衰减的复合型柔性应力传感器用于检测包括手指、手腕、肘部、膝部、脚踝等部位人体关节的运动。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，工艺简单可靠，织物碳化得到的衍生碳作为基体，赋予复合材料柔性特征，且大大降低石墨烯和银纳米线的用量，所用原料价廉易得；采用层层组装模式，活性物质为银纳米线与石墨烯的复合体系，作为基底的织物衍生碳也具有导电性，具有多层组装的结构特征；银纳米线/石墨烯/织物碳三元体系协同效应，所制备的复合型柔性应力传感器具有拉伸范围大、测试灵敏度高等优点，突破了传统应力传感器可拉伸性与灵敏度不可兼得的瓶颈，可用于检测包括手指、手腕、肘部、膝部、脚踝部位人体关节的运动。
附图说明：
图1是平纹结构亚麻布料900℃碳化后的扫描电子显微镜照片。
图2是实施例中所用Ag纳米线的扫描电子显微镜照片。
图3是实施例2中Ag纳米线/石墨烯/亚麻布衍生碳扫描电子显微镜照片。
图４是实施例2所制备的柔性应力传感器在60%的拉伸形变下经过1000次循环的耐久性测试结果。
图５是实施例2所制备的传感器作为可穿戴性电子器件应用于人体胳膊肘部位弯曲测试结果。
具体实施方式
为使本发明上述的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例和附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
下面将通过几个具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
(1) 取长80mm×10mm平纹纺织布料亚麻布(市售)浸渍于20ml浓度为0.5mg/ml的氧化石墨烯水溶液中超声分散0.5h，使氧化石墨烯均匀地负载于亚麻布纤维的表面，并于60℃下烘干1h，获得氧化石墨烯/亚麻布复合材料；
(2) 将步骤(1)中制备的氧化石墨烯/亚麻布复合材料在氮气保护下，由室温以2℃/min的速率升温至300℃恒温60min进行热处理，随后自然冷却至室温，获得石墨烯/亚麻布热解衍生物复合材料；
(3)将步骤(2)所得石墨烯/亚麻布热解衍生物复合材料浸渍到15ml浓度为0.5mg/ml的银纳米线乙醇溶液中0.5h，并于60℃下烘干0.5h，获得银纳米线/石墨烯/亚麻布热解衍生物复合材料；
(4)对步骤(3)中制备的银纳米线/石墨烯/亚麻布热解衍生物复合材料使用Ecoflex进行封装处理，并在室温下固化4h，获得复合型柔性应力传感器；
(5)对步骤(4)制备得到的复合型柔性应力传感器进行传感器拉伸与电流的响应性测试，结果显示由于300℃热处理后亚麻布热解不完全，基底材料导电性能差，拉伸实验材料通过的电流没有发生变化，表明低温热处理亚麻布得到的产物无法胜任传感器基底材料。
实施例2
(1) 取长80mm ×10mm平纹纺织布料亚麻布(市售)浸渍于20ml浓度为0.5 mg/ml的氧化石墨烯水溶液中超声分散0.5h，使氧化石墨烯均匀地负载于亚麻布纤维的表面，并于60℃下烘干1h获得氧化石墨烯/亚麻布复合材料；
(2) 将步骤(1)中制备的氧化石墨烯/亚麻布复合材料在氮气保护下，由室温以2℃/min的速率升温至900℃恒温60min进行碳化处理，随后自然冷却至室温，获得石墨烯/亚麻布衍生碳复合材料；
(3) 将步骤(2)所得石墨烯/亚麻布衍生碳复合材料浸渍到15ml浓度为0.5mg/ml的银纳米线乙醇溶液中0.5h，并于60℃下烘干0.5h，获得银纳米线/石墨烯/织物碳复合材料；
(4) 对步骤(3)中制备的银纳米线/石墨烯/织物碳复合材料使用Ecoflex进行封装处理，并在室温下固化4h，获得复合型柔性应力传感器；
(5) 对步骤(4)制备得到的复合型柔性应力传感器进行拉伸与电流的响应性测试，结果显示所得的复合型柔性应力传感器拉伸-电流响应性好，循环稳定性良好，灵敏度高。图3、图４和图５展示了材料的结构和性能测试结果。
实施例3
(1) 取长80mm×10mm平纹纺织布料亚麻布(市售)浸渍于20ml浓度为0.05 mg/ml的氧化石墨烯水溶液中超声分散0.5h，使氧化石墨烯均匀地负载于亚麻布纤维的表面，并于60℃下烘干1h，获得氧化石墨烯/亚麻布复合材料；
(2) 将步骤(1)中制备的氧化石墨烯/亚麻布复合材料在氮气保护下，由室温以2℃/min的速率升温至900℃、恒温60min进行碳化处理，随后自然冷却至室温，获得石墨烯/亚麻布衍生碳复合材料；
(3) 将步骤(2)所得石墨烯/亚麻布衍生碳复合材料浸渍到15ml浓度为0.5mg/ml的银纳米线乙醇溶液中0.5h，并于60℃下烘干0.5h，获得银纳米线/石墨烯/织物碳复合材料；
(4) 对步骤(3)中制备的银纳米线/石墨烯/织物碳复合材料使用Ecoflex进行封装处理，并在室温下固化4h，获得复合型柔性应力传感器；
(5) 对步骤(4)制备得到的复合型柔性应力传感器进行拉伸与电流的响应性能测试，结果显示在进行拉伸的过程中，由于石墨烯在织物碳表面的负载量过低，石墨烯与银纳米线结合不佳，导致拉伸-电流不稳定，循环测试的衰减明显。表明一定量石墨烯的存在对于高性能传感器至关重要。
实施例4
(1) 取长80mm×10mm平纹纺织布料亚麻布(市售)浸渍于20ml浓度为0.5 mg/ml的氧化石墨烯水溶液中超声分散0.5h，使氧化石墨烯均匀地负载于亚麻布纤维的表面，并于60℃下烘干1h，获得氧化石墨烯/亚麻布复合材料；
(2) 将步骤(1)中制备的氧化石墨烯/亚麻布复合材料在氮气保护下，由室温以2℃/min的速率升温至900℃恒温60min进行碳化处理，随后自然冷却至室温，获得石墨烯/亚麻布衍生碳复合材料；
(3) 将步骤(2)所得石墨烯/亚麻布衍生碳复合材料浸渍到15ml浓度为1mg/ml的银纳米线乙醇溶液中0.5h，并于60℃下烘干0.5h获得银纳米线/石墨烯/织物碳复合材料；
(4) 对步骤(3)中制备的纳米线/石墨烯/织物碳复合材料使用Ecoflex进行封装处理，并在室温下固化4h，获得复合型柔性应力传感器；
(5) 对步骤(4)制备得到的复合型柔性应力传感器进行传感器拉伸与电流相应性能测试，结果显示：材料的拉伸-电流循环稳定性较差，表明银纳米线的过量负载导致材料的导电性过大，传感器的稳定性下降。