本發(fā)明涉及智能材料和傳感器，特別是涉及一種柔性傳感器材料、柔性傳感器制備方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、柔性傳感器是一種基于柔性材料(包括但不限于聚合物、納米材料、彈性體)制備的傳感裝置，能夠?qū)?fù)雜的外部信號(hào)(包括但不限于壓力、溫度、濕度、機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)反應(yīng)等)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀鬃R(shí)別的電信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，已經(jīng)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)剛性傳感器不同，柔性傳感器具備優(yōu)異的柔韌性和可拉伸性，可以貼合被測(cè)物進(jìn)行檢測(cè)。
2、然而，現(xiàn)有柔性傳感器在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中仍然存在許多技術(shù)挑戰(zhàn)：
3、復(fù)雜曲面成型能力差：傳統(tǒng)柔性傳感器往往只能貼附于簡(jiǎn)單平面，難以適應(yīng)復(fù)雜曲面，限制了在空間環(huán)境中的應(yīng)用。
4、信號(hào)識(shí)別單一：難以實(shí)現(xiàn)多種激勵(lì)信號(hào)的同步檢測(cè)。
5、使用耐久度差：長(zhǎng)期使用會(huì)使機(jī)械性能急劇下滑，不具備自愈合能力。
6、因此，迫切需要一種具備優(yōu)異機(jī)械性能及自愈合能力、多重信號(hào)感知能力、多維成形能力的傳感器材料，克服上述技術(shù)難題，推動(dòng)柔性傳感器在各領(lǐng)域的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種柔性傳感器材料、柔性傳感器制備方法及應(yīng)用，該柔性傳感器材料為聚丙烯腈/硝酸銀/離子液體(pan/agno3/il)復(fù)合材料，該材料具有優(yōu)異機(jī)械性能、多重信號(hào)感知、多維成型和自愈合能力，可廣泛應(yīng)用于軟體機(jī)器人、健康檢測(cè)系統(tǒng)和仿生工程領(lǐng)域。本發(fā)明通過(guò)引入創(chuàng)新功能性材料和制備技術(shù)，利用材料本身持續(xù)變黏的特性，滿足各種應(yīng)用需求。
2、本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
3、一種柔性傳感器材料，所述柔性傳感器材料為聚丙烯腈/硝酸銀/離子液體pan/agno3/il復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：
4、(1)將聚丙烯腈pan與硝酸銀agno3加入至二甲基甲酰胺dmf中，攪拌溶解形成pan/agno3復(fù)合溶液；
5、(2)向pan/agno3復(fù)合溶液中加入離子液體il，離子液體il為1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，超聲混合后靜置形成均勻的聚丙烯腈/硝酸銀/離子液體pan/agno3/il復(fù)合材料。
6、進(jìn)一步的，步驟(1)中聚丙烯腈pan與硝酸銀agno3的質(zhì)量比為1：2，聚丙烯腈pan在二甲基甲酰胺dmf中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％，離子液體il和pan/agno3復(fù)合溶液的質(zhì)量比為1：8。
7、進(jìn)一步的，步驟(1)中攪拌條件為24℃、800rpm下持續(xù)4h；步驟(2)中超聲混合時(shí)間為30min，靜置時(shí)間為1～5天。
8、進(jìn)一步的，所述聚丙烯腈/硝酸銀/離子液體pan/agno3/il復(fù)合材料能夠同步檢測(cè)機(jī)械應(yīng)力、溫度、近紅外光、溶劑及流體流速信號(hào)，并具備自愈合能力；
9、優(yōu)選地，本發(fā)明還提供一種柔性傳感器制備方法，基于上述柔性傳感器材料，包括：
10、通過(guò)空氣紡絲法制備一維纖維傳感器；
11、結(jié)合熔融沉積成型fdm技術(shù)與墨水直寫(xiě)diw技術(shù)制備二維薄膜傳感器；
12、通過(guò)負(fù)壓注入法制備三維傳感網(wǎng)絡(luò)或空心管狀傳感器。
13、進(jìn)一步的，制備一維纖維傳感器過(guò)程是先將聚丙烯腈/硝酸銀/離子液體pan/agno3/il復(fù)合材料靜置達(dá)到可紡粘度后拉伸成凝膠態(tài)纖維，之后凝膠態(tài)纖維經(jīng)水蒸氣誘導(dǎo)相分離形成固態(tài)的一維纖維傳感器。
14、進(jìn)一步的，制備一維纖維傳感器的過(guò)程中，空氣紡絲環(huán)境溫度為24℃，濕度為65％rh，一維纖維傳感器能夠在切斷后10分鐘內(nèi)自愈，恢復(fù)初始機(jī)械與傳感性能。
15、進(jìn)一步的，制備二維薄膜傳感器的步驟是：
16、首先使用熔融沉積成型fdm技術(shù)制備熱塑性聚氨酯tpu基底，打印頭加熱溫度為210℃；
17、之后使用墨水直寫(xiě)打印diw技術(shù)將聚丙烯腈/硝酸銀/離子液體pan/agno3/il復(fù)合材料打印在熱塑性聚氨酯tpu基底上；
18、最后使用fdm技術(shù)封裝，形成二維薄膜傳感器。
19、進(jìn)一步的，制備空心管狀傳感器的步驟是：
20、首先將聚丙烯腈/硝酸銀/離子液體pan/agno3/il復(fù)合材料注入硅膠空心管中并密封；
21、之后對(duì)硅膠空心管進(jìn)行熱處理，直至形成貼附管壁的傳感層，形成空心管狀傳感器；
22、其工作原理是利用流體對(duì)傳感層施加壓力改變了傳感層內(nèi)部銀納米顆粒的排布，從而改變電阻，實(shí)現(xiàn)流速與壓強(qiáng)的信號(hào)檢測(cè)。
23、制備三維傳感網(wǎng)絡(luò)的步驟是：
24、將聚丙烯腈/硝酸銀/離子液體pan/agno3/il復(fù)合材料注入具有若干孔道的三維模型，固化后形成立體傳感結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)壓力與溫度的同步檢測(cè)。
25、優(yōu)選地，本發(fā)明還提供一種基于所述柔性傳感器材料的應(yīng)用，所述柔性傳感器材料用于軟體機(jī)器人、智能建筑、仿生工程或可穿戴設(shè)備中的復(fù)雜曲面貼合與多重信號(hào)感知。
26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來(lái)的有益效果是：
27、1.優(yōu)異的機(jī)械性能與耐久性：利用離子液體(il)在常溫下低揮發(fā)性且能夠持續(xù)發(fā)揮潤(rùn)滑作用，使得柔性傳感器材料在長(zhǎng)期使用過(guò)程中依然保持良好的彈性與穩(wěn)定性；柔性傳感器材料在空氣中表現(xiàn)出非揮發(fā)性特征，顯著提升傳感器的耐久性、穩(wěn)定性和力學(xué)性能，避免因長(zhǎng)時(shí)間暴露而性能下降。
28、2.多重信號(hào)同步檢測(cè)能力：柔性傳感器材料為聚丙烯腈/硝酸銀/離子液體pan/agno3/il復(fù)合材料，其內(nèi)部被還原形成的銀(ag)及銀納米顆粒agnps構(gòu)成連續(xù)導(dǎo)電路徑，使得傳感器能夠同時(shí)檢測(cè)機(jī)械應(yīng)力、溫度、近紅外光、溶劑及流體流速等多種信號(hào)；這種多信號(hào)感知能力大幅提升了傳感器在復(fù)雜環(huán)境中的應(yīng)用范圍和實(shí)用性。
29、3.出色的自愈合性能：柔性傳感器材料內(nèi)部大量離子對(duì)的存在，可在傳感器被切斷或受到局部損傷后，在短時(shí)間內(nèi)(例如10分鐘內(nèi))實(shí)現(xiàn)自愈；自愈過(guò)程不僅恢復(fù)了機(jī)械結(jié)構(gòu)，還能夠完全恢復(fù)傳感性能，其優(yōu)異的自愈合能力保證傳感器在惡劣條件下仍能穩(wěn)定工作，延長(zhǎng)其使用壽命。
30、4.卓越的成型能力及廣泛應(yīng)用：該材料能夠以空氣紡絲、二維打印、三維注入三種方式無(wú)縫貼附復(fù)雜曲面以及高效填充三維空間，這種成型優(yōu)勢(shì)使傳感器在軟體機(jī)器人、智能建筑、仿生工程及可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域中均具備廣泛的應(yīng)用潛力。
1.一種柔性傳感器材料，其特征在于，所述柔性傳感器材料為聚丙烯腈/硝酸銀/離子液體pan/agno3/il復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性傳感器材料，其特征在于，步驟(1)中聚丙烯腈pan與硝酸銀agno3的質(zhì)量比為1：2，聚丙烯腈pan在二甲基甲酰胺dmf中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％，離子液體il和pan/agno3復(fù)合溶液的質(zhì)量比為1：8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性傳感器材料，其特征在于，步驟(1)中攪拌條件為24℃、800rpm；步驟(2)中超聲混合時(shí)間為30min，靜置時(shí)間為1～5天。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性傳感器材料，其特征在于，所述聚丙烯腈/硝酸銀/離子液體pan/agno3/il復(fù)合材料能夠同步檢測(cè)機(jī)械應(yīng)力、溫度、近紅外光、溶劑及流體流速信號(hào)，并具備自愈合能力。
5.一種柔性傳感器制備方法，基于權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的柔性傳感器材料，其特征在于，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種柔性傳感器制備方法，其特征在于，制備一維纖維傳感器過(guò)程是先將聚丙烯腈/硝酸銀/離子液體pan/agno3/il復(fù)合材料靜置達(dá)到可紡粘度后拉伸成凝膠態(tài)纖維，之后凝膠態(tài)纖維經(jīng)水蒸氣誘導(dǎo)相分離形成固態(tài)的一維纖維傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種柔性傳感器制備方法，其特征在于，制備一維纖維傳感器的過(guò)程中，空氣紡絲環(huán)境溫度為24℃，濕度為65％rh，一維纖維傳感器能夠在切斷后10分鐘內(nèi)自愈，恢復(fù)初始機(jī)械與傳感性能。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種柔性傳感器制備方法，其特征在于，制備二維薄膜傳感器的步驟是：
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種柔性傳感器制備方法，其特征在于，制備空心管狀傳感器的步驟是：
10.一種基于權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述柔性傳感器材料的應(yīng)用，其特征在于，所述柔性傳感器材料用于軟體機(jī)器人、智能建筑、仿生工程或可穿戴設(shè)備中的復(fù)雜曲面貼合與多重信號(hào)感知。