【摘 要】
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随着智能化时代的快速发展,作为信息技术三大支柱之一的传感器技术显现出巨大的发展前景。与传统刚性传感器相比,采用柔性材料制备的柔性传感器具有高拉伸性、高集成密度等特点,可应用于拉伸、扭曲、弯折等特殊场景,在电子皮肤、软体机器人、可穿戴设备等领域拥有极大的发展前景。由于重复的弯折扭曲等行为会对材料产生一定程度的损伤,造成传感器性能不稳定。将自修复材料引入柔性传感器领域将有助于提升柔性传感器的稳定性,延
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随着智能化时代的快速发展,作为信息技术三大支柱之一的传感器技术显现出巨大的发展前景。与传统刚性传感器相比,采用柔性材料制备的柔性传感器具有高拉伸性、高集成密度等特点,可应用于拉伸、扭曲、弯折等特殊场景,在电子皮肤、软体机器人、可穿戴设备等领域拥有极大的发展前景。由于重复的弯折扭曲等行为会对材料产生一定程度的损伤,造成传感器性能不稳定。将自修复材料引入柔性传感器领域将有助于提升柔性传感器的稳定性,延长其使用寿命。本论文以氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷（PDMS）为原料,以二异氰酸酯类试剂为交联剂在硅氧烷大分子长链中引入脲基基团,利用聚合物长链之间形成的氢键来实现聚合物的自修复。以1-[3-（三甲氧基硅基）丙基]脲为接枝剂对氧化石墨烯（GO）及碳纳米管（CNT）进行改性,获得具有脲基基团的改性氧化石墨烯（F-GO）及改性碳纳米管（F-CNT）,以此为填料增强自修复聚合物导电性能。利用3D打印技术进行材料成型,制备柔性应变传感器,测试其在人体运动监测领域的应用潜力。具体研究内容如下:（一）自修复柔性高分子聚合物分子和结构设计分别采用六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、4,4’-亚甲基双异氰酸酯（MDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、二甲基联苯二异氰酸酯（TODI）、1,5-萘二异氰酸酯（NDI）为交联剂,制备含有不同交联剂的长链聚合物。通过力学性能测试、修复性能测试等,确定不同交联剂对聚合物力学性能和修复性能的影响,进而确定以MDI及HDI为双组分交联剂进行自修复聚合物制备,通过制备不同当量比的PDMS-HDIx-MDIy聚合物确定适宜的交联剂当量比,获得具有良好力学性能及优异修复性能的自修复聚合物。（二）自修复柔性导电复合材料的制备以1-[3-（三甲氧基硅基）丙基]脲对GO/CNT进行改性,获得具有脲基基团的F-GO/F-CNT,以此F-GO/F-CNT为填料,以制备的PDMS-HDI3-MDI7为基底材料制备具有良好导电性的柔性导电复合材料。通过修复性能测试和力学性能测试等,确定含量为20wt%F-GO/F-CNT的导电复合材料具备最适宜的力学性能和修复性能,修复效率可达到80%以上。（三）柔性应变传感器的制备利用3D打印技术,使用三维软件设计出具有指定结构的模型,采用牺牲打印法,打印模具,将制备的柔性导电复合材料浇注入模具内,获得具有一定结构的柔性传感器。通过拉伸测试,循环测试等对柔性传感器进行性能测试。制备的柔性传感器在100次循环中表现出良好的稳定性,力学性能和信号传输性能均保持稳定。将其黏附在手指手腕等处后,可对相应部位运动进行实时监测,在柔性传感领域具备较大的发展潜力。
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