一种基于金属气凝胶的柔性压力传感器及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115031879A(43)申请公布日2022.09.09(21)申请号202210465931.3(22)申请日2022.04.29(71)申请人深圳大学地址518060广东省深圳市南山区南海大道3688号申请人中山大学(72)发明人彭争春李宁刘卫李健郑远远娄东阳孙玉静郑治坤(74)专利代理机构深圳市君胜知识产权代理事务所(普通合伙)44268专利代理师刘芙蓉(51)Int.Cl.G01L1/18(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图2页(54)发明名称一种基于金属气凝胶的柔性压力传感器及其制备方法(57)摘要本发明公开一种基于金属气凝胶的柔性压力传感器及其制备方法。所述柔性压力传感器包括柔性压阻传感层和与所述柔性压阻传感层连接的电极层，所述柔性压阻传感层包括多孔弹性海绵、金属气凝胶和聚合物。本发明利用多孔弹性海绵作为支撑体对金属气凝胶进行有效支撑，并用聚合物固定金属气凝胶解决现有金属气凝胶由于机械稳定性能差而无法承受较大压力和变形的问题的同时保留金属气凝胶连续的三维导电网络，安装上下电极后便获得一种基于金属气凝胶的压阻型柔性压力传感器，该柔性压力传感器具有良好的导电性，高灵敏度，可长期持续工作，金属气凝胶压阻响应保持稳定。CN115031879ACN115031879A权利要求书1/2页1.一种基于金属气凝胶的柔性压力传感器，其特征在于，包括柔性压阻传感层和与所述柔性压阻传感层连接的电极层，所述柔性压阻传感层包括多孔弹性海绵、金属气凝胶和聚合物。2.根据权利要求1所述的基于金属气凝胶的柔性压力传感器，其特征在于，所述电极层包括第一柔性电极层和第二柔性电极层，所述第一柔性电极层设置于所述柔性压阻传感层的第一表面，所述第二柔性电极层设置于所述柔性压阻传感层的第二表面，所述第一表面与所述第二表面相对设置；或者，所述电极层包括第一柔性电极层和第二柔性电极层，所述第一柔性电极层和第二柔性电极层设置于所述柔性压阻传感层的同一表面；所述第一柔性电极层的材料为铜箔、银箔或金箔，所述第二柔性电极层的材料为铜箔、银箔或金箔。3.根据权利要求1所述的基于金属气凝胶的柔性压力传感器，其特征在于，所述多孔弹性海绵为多孔TPU海绵、多孔三聚氰胺海绵、多孔PDMS海绵、多孔聚乙烯醇海绵中的一种。4.根据权利要求1所述的基于金属气凝胶的柔性压力传感器，其特征在于，所述聚合物为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、PDMS、聚苯乙烯中的至少一种。5.根据权利要求1所述的基于金属气凝胶的柔性压力传感器，其特征在于，所述柔性压阻传感层中，所述多孔弹性海绵、金属气凝胶和聚合物的质量比在1:0.01～0.2:0.001～0.5的范围内。6.一种权利要求1～5任一项所述的基于金属气凝胶的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括步骤：提供柔性压阻传感层，所述柔性压阻传感层包括多孔弹性海绵、金属气凝胶和聚合物；在所述柔性压阻传感层的表面形成电极层，得到所述柔性压力传感器。7.根据权利要求6所述的基于金属气凝胶的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述柔性压阻传感层的制备方法，包括步骤：将金属纳米粒子胶体溶液填充到多孔弹性海绵中，得到多孔弹性海绵与金属纳米粒子胶体溶液复合材料；将所述多孔弹性海绵与金属纳米粒子胶体溶液复合材料放入二甲基硅油中，于40～100℃下加热2～24h，使金属纳米粒子在多孔弹性海绵表面原位成胶，得到多孔弹性海绵支撑金属水凝胶复合材料；将所述多孔弹性海绵支撑金属水凝胶复合材料中的二甲基硅油除去，然后干燥，得到多孔弹性海绵支撑金属气凝胶复合材料；将所述多孔弹性海绵支撑金属气凝胶复合材料放入聚合物单体溶液中浸泡10min～4h，取出于40～100℃下加热2～24h，得到柔性压阻传感层。8.根据权利要求7所述的基于金属气凝胶的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述聚合物单体溶液由聚合物单体分散于溶剂中配制得到；其中，所述聚合物单体为乙烯醇、丙烯酰胺、二甲基硅氧烷、苯乙烯中的至少一种；所述溶剂为水、乙醇、丙酮、石油醚、戊烷、环己烷、正己烷、苯、甲苯中的至少一种。9.根据权利要求7所述的基于金属气凝胶的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述金属纳米粒子胶体溶液的制备方法，包括步骤：2CN115031879A权利要求书2/2页将金属前驱体盐溶解于水中，在搅拌条件下加入还原剂进行还原反应，得到金属纳米粒子溶液，然后对所述金属纳米粒子溶液进行超速离心浓缩清洗，得到所述金属纳米粒子胶体溶液。10.根据权利要求9所述的基于金属气凝胶的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述金属前驱体盐为H2PtCl6、HAuCl4、K2PdCl4、AgNO3、NiCl2、FeCl3、CuCl2、(NH4)3RhCl6、