一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料及其制备方法和应用

1.本发明涉及材料科学与工程技术领域，具体涉及一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.作为生物传感系统的一个组成部分，受体允许生物体通过识别外部刺激并将其传递到中枢神经系统来感知周围环境的细微变化。例如，节肢动物的腿上有一种进化的缝隙受体，这是一种超灵敏的机械传感器，可以让它们定位猎物和敌人。最近，人们开发了各种人工感觉系统，不仅提高了运动信息收集和分析的效率，还帮助我们更好地理解感知。作为人工传感系统的远端终端，柔性和高精度机械传感器，如压力、弯曲、应变或振动传感器，始终是材料科学、柔性电子、工程科学、计算机信息科学领域的主要焦点。
3.目前，传统的柔性应变传感材料的典型设计是层压结构，通常由基底材料和传感功能层组成，其中聚合物通常被选择作为基材以实现柔性和拉伸性，而形状相关导体常被作为传感功能层。然而，由于分层设计而导致的繁琐和耗时的制造过程严重限制了其广泛应用。相比之下，一体化结构提供了机械传感器的方便制造，因为其简单的一步成型工艺，其中柔性基底和功能材料通常是集成的。同时，其应变检测范围也较低，可以进一步改进，以使其能够在更广泛的应用中使用。到目前为止，方便、快速和大规模生产用于连续记录细微机械信号的柔性应变传感材料仍然是一个挑战。
4.综上，柔性应变传感材料的性能以及制备工艺还需要进一步优化。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：柔性应变传感材料的性能以及制备工艺还需要进一步优化，本发明提供了解决上述问题的一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料及其制备方法和应用，制备的柔性应变传感材料的应变范围以及灵敏度有显著提高。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料的制备方法，包括以下步骤：
8.将聚丙烯腈和硝酸银溶于溶剂中，制备得前驱体溶液；
9.将前驱体溶液铺设于容器上；
10.通过紫外光照射诱导发生氧化还原反应形成层状结构，包括由聚丙烯腈形成的基底层，和负载在基底层上的由纳米银颗粒形成的传感功能层。
11.本发明通过制备聚丙烯腈(pan)、硝酸银的有机溶剂(如n,n-二甲基甲酰胺(dmf))溶液作为前驱体溶液，并通过紫外光照射溶液制备。前驱体溶液受到紫外(uv)诱导发生氧化还原反应形成双层结构，使得在基底材料上生长出纳米银颗粒，纳米银颗粒附着在基底材料上，双层结构自下而上依次为基底层和传感功能层。传感材料基底层表面形成了大量的银纳米颗粒，在这种情况下，基底层和银纳米颗粒表现出应变匹配，在后期被拉伸长过程中，纳米银颗粒与基底层不会发生相对位移，同时还能在基底层受拉伸时形成独特的裂纹
结构，从而改变传感器的电阻。紫外(uv)诱导的原位还原工艺制备获得的柔性应变传感材料最大应变可达100％，对应的灵敏度系数gf超过30。
12.相比于传统应变传感材料的制备方法，本发明提供的柔性应变传感材料的制备方法，具有一步成型制造的工艺生产连续、过程温和、成型快速等优势，并且在未来有望应用于大规模大尺寸的工艺制备。
13.进一步可选地，所述聚丙烯腈的质量浓度为5％～10％；聚丙烯腈的质量浓度更优选为6.66％～8.33％；
14.和/或所述硝酸银的质量浓度为30％～70％；硝酸银的质量浓度更优选为50％～60％；
15.和/或所述溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺。
16.本发明设计聚丙烯腈浓度范围，当聚丙烯腈浓度过低时，柔性传感材料的厚度会降低，此时其拉伸性能会下降；当聚丙烯腈浓度过高时，柔性传感材料的厚度增加，且底部材料生成不平整，拉伸时受力不均匀，影响其拉伸性能。
17.本发明设计硝酸银浓度范围，当硝酸银浓度过低时，其反应生成的柔性传感材料的导电介质层厚度低，容易与基底材料剥离；当硝酸银浓度过高时，其所需的反应时间增加，且产生的银纳米颗粒的直径变大，不利于裂纹结构的形成。
18.进一步可选地，制备前驱体溶液时，先将聚丙烯腈溶解于溶剂；然后在加入硝酸银进行溶解。
19.本发明在制备前驱体溶液时，优化配置步骤，先用溶剂溶解聚丙烯腈后溶解硝酸银，聚丙烯腈作为基底材料的同时，还能对后溶解的硝酸银起到良好的助溶作用。聚丙烯腈可作为还原剂参与硝酸银的还原反应。
20.进一步可选地，紫外光照射设置包括：
21.紫外光照射时至样品的距离为7cm～10cm；紫外光的照射照度大于2.5
·
105lux。此外，照射时间应不少于5min，具体照射时间视照度大小决定。
22.进一步可选地，还包括步骤：通过在前驱体与紫外光源之间加盖掩模板，用于实现对该柔性传感材料进行客制化电路设计与印制。
23.通过在反应时在前驱体与紫外光源之间加盖掩模板，即可实现对该柔性传感材料进行客制化电路设计与印制。
24.进一步可选地，还包括拉伸步骤：将通过紫外光照射诱导发生氧化还原反应形成的层状结构进行拉伸，实现基底上形成裂纹结构。
25.本发明制备方法制备获得柔性应变传感材料，在使用时，直接适当拉伸该柔性应变传感材料，就可在传感功能层上形成裂纹结构，从而改变传感器的电阻。
26.优选地，本发明基于紫外诱导的柔性应变传感材料的制备方法，包括以下步骤：
27.将聚丙烯腈(pan)粉末溶于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液，搅拌溶解；
28.将硝酸银溶于上述得到的聚丙烯腈溶液，常温搅拌，直至硝酸银完全溶解，获得前驱体溶液；
29.将配置好的前驱体溶液平铺在玻璃基板容器上；
30.通过紫外光照射平铺在玻璃基板容器上的溶液，并得到柔性应变传感器材料；
31.将柔性应变传感器裁剪至所需形状。
32.制备聚丙烯腈溶液时，优选在70℃～90℃条件下，更优选在80℃条件下进行搅拌。
33.通过紫外光照射均匀平铺的溶液5min至15min，使得溶液中的溶剂蒸发，溶质中的硝酸银发生氧化还原反应，在聚丙烯腈(pan)基底上形成银纳米颗粒，并获得柔性应变传感器。
34.一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料，包括基底层和传感功能层，由上述的一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料的制备方法制备获得，
35.所述基底层为聚丙烯腈；
36.所述传感功能层为银纳米颗粒组成的导电介质层。所形成的纳米银颗粒的粒径为100nm～500nm。
37.进一步可选地，基底层的厚度为1mm～3mm，传感功能层的厚度为5μm～15μm。
38.进一步可选地，所述基底层上有裂纹结构。
39.一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料的应用，传感材料为上述的一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料的制备方法制备获得，用于制作柔性传感器或用作柔性传感器。
40.进一步可选地，还包括将传感材料进行拉伸，实现在传感功能层形成裂纹结构。
41.拉伸时，直接对传感应变材料施加一定方法的拉伸作用力即可，如沿x轴方向或y轴方向拉伸即可。
42.本发明具有如下的优点和有益效果：
43.1、本发明提出了一种基于紫外(uv)诱导的原位还原工艺的柔性应变传感材料，传感材料的基底层表面形成了大量的银纳米颗粒，在这种情况下，基底层和银纳米颗粒表现出应变匹配，在基底层拉伸时形成独特的裂纹结构，从而改变传感器的电阻。紫外(uv)诱导的原位还原工艺制备的柔性应变传感材料最大应变可达100％，对应的灵敏度系数gf超过30。该材料具有超高灵敏度的传感材料在柔性电子、工程检测、虚拟现实、机器人科学、物联网和人机界面等领域中具有重要的研究意义。
44.2、本发明提出的一体成型的紫外原位还原制备工艺，相比于分层制造工艺，一步成型制造的工艺生产连续、过程温和、成型快速，备过程简单、易于实现，额外添加的工艺具有低成本、高收益的特点，并且在未来有望应用于大规模大尺寸的工艺制备。
附图说明
45.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
46.图1为本发明实施例5和对比例1的柔性应变传感材料的灵敏度对比曲线图；
47.图2为本发明实施例1提供的柔性应变传感材料的制备工艺流程图。
48.图3为本发明实例1提供的柔性应变传感材料的sem图像；其中，图(a)为未拉伸情况，图(b)为拉伸后的情况。
具体实施方式
49.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
50.实施例1
51.本实施例提供了一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料，为双层结构，自下而上依次为基底层和传感功能层，基底材料为聚丙烯腈(pan)，厚度为1.7mm传感功能层为由银纳米颗粒组成的导电介质层，厚度为7μm。其中，传感功能层为前驱体溶液在紫外(uv)诱导下在基底材料上还原后形成，具体制备方法如下所示：
52.步骤1：将聚丙烯腈(pan)粉末溶于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液，聚丙烯腈的质量浓度为6.67％；然后，在80℃温度条件下搅拌1h，使聚丙烯腈(pan)完全溶解形成无色透明溶液。
53.步骤2：将硝酸银加入步骤1所得溶液，硝酸银的质量浓度为33.33％。
54.步骤3：将步骤2所得溶液在常温下搅拌3h，使加入的硝酸银晶体完全溶解在溶液中，获得淡黄色透明溶液。
55.步骤4：将步骤3所得淡黄色透明溶液平铺在耐热材质的容器上，通过紫外灯照射均匀平铺的溶液5min，紫外光源与溶液间的距离为7.5cm，紫外光光强为3.0
×
105lux。使得溶液中的溶剂蒸发，溶质中的硝酸银发生氧化还原反应，在聚丙烯腈(pan)基底上形成银纳米颗粒，并获得柔性应变传感器。
56.步骤5：将步骤4中所获得的柔性应变传感材料裁剪至所需形状。
57.实施例2
58.本实施例提供了一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料，为双层结构，自下而上依次为基底层和传感功能层，基底材料为聚丙烯腈(pan)，厚度为1.7mm传感功能层为由银纳米颗粒组成的导电介质层，厚度为10μm。其中，传感功能层为前驱体溶液在紫外(uv)诱导下在基底材料上还原后形成，具体制备方法如下所示：
59.步骤1：将聚丙烯腈(pan)粉末溶于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液，聚丙烯腈的质量浓度为6.67％；然后，在80℃温度条件下搅拌1h，使聚丙烯腈(pan)完全溶解形成无色透明溶液。
60.步骤2：将硝酸银加入步骤1所得溶液，硝酸银的质量浓度为50％。
61.步骤3：将步骤2所得溶液在常温下搅拌3h，使加入的硝酸银晶体完全溶解在溶液中，获得淡黄色透明溶液。
62.步骤4：将步骤3所得淡黄色透明溶液平铺在耐热材质的容器上，通过紫外灯照射均匀平铺的溶液7min，紫外光源与溶液间的距离为7.5cm，紫外光光强为3.0
×
105lux。使得溶液中的溶剂蒸发，溶质中的硝酸银发生氧化还原反应，在聚丙烯腈(pan)基底上形成银纳米颗粒，并获得柔性应变传感器。
63.步骤5：将步骤4中所获得的柔性应变传感材料裁剪至所需形状。。
64.实施例3
65.本实施例提供了一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料，为双层结构，自下而上依次为基底层和传感功能层，基底材料为聚丙烯腈(pan)，厚度为1.7mm传感功能层为由银纳米颗粒组成的导电介质层，厚度为12μm。其中，传感功能层为前驱体溶液在紫外(uv)诱导下在基底材料上还原后形成，具体制备方法如下所示：
66.步骤1：将聚丙烯腈(pan)粉末溶于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液，聚丙烯腈的质量浓度为6.67％；然后，在80℃温度条件下搅拌1h，使聚丙烯腈(pan)完全溶解形成无色透明
溶液。
67.步骤2：将硝酸银加入步骤1所得溶液，硝酸银的质量浓度为66.67％。
68.步骤3：将步骤2所得溶液在常温下搅拌3h，使加入的硝酸银晶体完全溶解在溶液中，获得淡黄色透明溶液。
69.步骤4：将步骤3所得淡黄色透明溶液平铺在耐热材质的容器上，通过紫外灯照射均匀平铺的溶液10min，紫外光源与溶液间的距离为7.5cm，紫外光光强为3.0
×
105lux。使得溶液中的溶剂蒸发，溶质中的硝酸银发生氧化还原反应，在聚丙烯腈(pan)基底上形成银纳米颗粒，并获得柔性应变传感器。
70.步骤5：将步骤4中所获得的柔性应变传感材料裁剪至所需形状。
71.实施例4
72.本实施例提供了一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料，为双层结构，自下而上依次为基底层和传感功能层，基底材料为聚丙烯腈(pan)，厚度为2mm传感功能层为由银纳米颗粒组成的导电介质层，厚度为7μm。其中，传感功能层为前驱体溶液在紫外(uv)诱导下在基底材料上还原后形成，具体制备方法如下所示：
73.步骤1：将聚丙烯腈(pan)粉末溶于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液，聚丙烯腈的质量浓度为8.33％；然后，在80℃温度条件下搅拌1h，使聚丙烯腈(pan)完全溶解形成无色透明溶液。
74.步骤2：将硝酸银加入步骤1所得溶液，硝酸银的质量浓度为33.33％。
75.步骤3：将步骤2所得溶液在常温下搅拌3h，使加入的硝酸银晶体完全溶解在溶液中，获得淡黄色透明溶液。
76.步骤4：将步骤3所得淡黄色透明溶液平铺在耐热材质的容器上，通过紫外灯照射均匀平铺的溶液5min，紫外光源与溶液间的距离为7.5cm，紫外光光强为3.0
×
105lux。使得溶液中的溶剂蒸发，溶质中的硝酸银发生氧化还原反应，在聚丙烯腈(pan)基底上形成银纳米颗粒，并获得柔性应变传感器。
77.步骤5：将步骤4中所获得的柔性应变传感材料裁剪至所需形状。
78.实施例5
79.本实施例提供了一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料，为双层结构，自下而上依次为基底层和传感功能层，基底材料为聚丙烯腈(pan)，厚度为2mm传感功能层为由银纳米颗粒组成的导电介质层，厚度为10μm。其中，传感功能层为前驱体溶液在紫外(uv)诱导下在基底材料上还原后形成，具体制备方法如下所示：
80.步骤1：将聚丙烯腈(pan)粉末溶于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液，聚丙烯腈的质量浓度为8.33％；然后，在80℃温度条件下搅拌1h，使聚丙烯腈(pan)完全溶解形成无色透明溶液。
81.步骤2：将硝酸银加入步骤1所得溶液，硝酸银的质量浓度为50％。
82.步骤3：将步骤2所得溶液在常温下搅拌3h，使加入的硝酸银晶体完全溶解在溶液中，获得淡黄色透明溶液。
83.步骤4：将步骤3所得淡黄色透明溶液平铺在耐热材质的容器上，通过紫外灯照射均匀平铺的溶液8min，紫外光源与溶液间的距离为7.5cm，紫外光光强为3.0
×
105lux。使得溶液中的溶剂蒸发，溶质中的硝酸银发生氧化还原反应，在聚丙烯腈(pan)基底上形成银纳
米颗粒，并获得柔性应变传感器。
84.步骤5：将步骤4中所获得的柔性应变传感材料裁剪至所需形状。
85.实施例6
86.本实施例提供了一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料，为双层结构，自下而上依次为基底层和传感功能层，基底材料为聚丙烯腈(pan)，厚度为2mm传感功能层为由银纳米颗粒组成的导电介质层，厚度为12μm。其中，传感功能层为前驱体溶液在紫外(uv)诱导下在基底材料上还原后形成，具体制备方法如下所示：
87.步骤1：将聚丙烯腈(pan)粉末溶于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液，聚丙烯腈的质量浓度为8.33％；然后，在80℃温度条件下搅拌1h，使聚丙烯腈(pan)完全溶解形成无色透明溶液。
88.步骤2：将硝酸银加入步骤1所得溶液，硝酸银的质量浓度为66.67％。
89.步骤3：将步骤2所得溶液在常温下搅拌3h，使加入的硝酸银晶体完全溶解在溶液中，获得淡黄色透明溶液。
90.步骤4：将步骤3所得淡黄色透明溶液平铺在耐热材质的容器上，通过紫外灯照射均匀平铺的溶液10min，紫外光源与溶液间的距离为7.5cm，紫外光光强为3.0
×
105lux。使得溶液中的溶剂蒸发，溶质中的硝酸银发生氧化还原反应，在聚丙烯腈(pan)基底上形成银纳米颗粒，并获得柔性应变传感器。
91.步骤5：将步骤4中所获得的柔性应变传感材料裁剪至所需形状。
92.实施例7
93.本实施例提供了一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料，为双层结构，自下而上依次为基底层和传感功能层，基底材料为聚丙烯腈(pan)，厚度为2.4mm传感功能层为由银纳米颗粒组成的导电介质层，厚度为7μm。其中，传感功能层为前驱体溶液在紫外(uv)诱导下在基底材料上还原后形成，具体制备方法如下所示：
94.步骤1：将聚丙烯腈(pan)粉末溶于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液，聚丙烯腈的质量浓度为10％；然后，在80℃温度条件下搅拌1h，使聚丙烯腈(pan)完全溶解形成无色透明溶液。
95.步骤2：将硝酸银加入步骤1所得溶液，硝酸银的质量浓度为33.33％。
96.步骤3：将步骤2所得溶液在常温下搅拌3h，使加入的硝酸银晶体完全溶解在溶液中，获得淡黄色透明溶液。
97.步骤4：将步骤3所得淡黄色透明溶液平铺在耐热材质的容器上，通过紫外灯照射均匀平铺的溶液5min，紫外光源与溶液间的距离为7.5cm，紫外光光强为3.0
×
105lux。使得溶液中的溶剂蒸发，溶质中的硝酸银发生氧化还原反应，在聚丙烯腈(pan)基底上形成银纳米颗粒，并获得柔性应变传感器。
98.步骤5：将步骤4中所获得的柔性应变传感材料裁剪至所需形状。
99.实施例8
100.本实施例提供了一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料，为双层结构，自下而上依次为基底层和传感功能层，基底材料为聚丙烯腈(pan)，厚度为2.4mm传感功能层为由银纳米颗粒组成的导电介质层，厚度为10μm。其中，传感功能层为前驱体溶液在紫外(uv)诱导下在基底材料上还原后形成，具体制备方法如下所示：
101.步骤1：将聚丙烯腈(pan)粉末溶于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液，聚丙烯腈的质量浓度为10％；然后，在80℃温度条件下搅拌1h，使聚丙烯腈(pan)完全溶解形成无色透明溶液。
102.步骤2：将硝酸银加入步骤1所得溶液，硝酸银的质量浓度为50％。
103.步骤3：将步骤2所得溶液在常温下搅拌3h，使加入的硝酸银晶体完全溶解在溶液中，获得淡黄色透明溶液。
104.步骤4：将步骤3所得淡黄色透明溶液平铺在耐热材质的容器上，通过紫外灯照射均匀平铺的溶液8min，紫外光源与溶液间的距离为7.5cm，紫外光光强为3.0
×
105lux。使得溶液中的溶剂蒸发，溶质中的硝酸银发生氧化还原反应，在聚丙烯腈(pan)基底上形成银纳米颗粒，并获得柔性应变传感器。
105.步骤5：将步骤4中所获得的柔性应变传感材料裁剪至所需形状。
106.实施例9
107.本实施例提供了一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料，为双层结构，自下而上依次为基底层和传感功能层，基底材料为聚丙烯腈(pan)，厚度为2.4mm传感功能层为由银纳米颗粒组成的导电介质层，厚度为12μm。其中，传感功能层为前驱体溶液在紫外(uv)诱导下在基底材料上还原后形成，具体制备方法如下所示：
108.步骤1：将聚丙烯腈(pan)粉末溶于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液，聚丙烯腈的质量浓度为10％；然后，在80℃温度条件下搅拌1h，使聚丙烯腈(pan)完全溶解形成无色透明溶液。
109.步骤2：将硝酸银加入步骤1所得溶液，硝酸银的质量浓度为66.67％。
110.步骤3：将步骤2所得溶液在常温下搅拌3h，使加入的硝酸银晶体完全溶解在溶液中，获得淡黄色透明溶液。
111.步骤4：将步骤3所得淡黄色透明溶液平铺在耐热材质的容器上，通过紫外灯照射均匀平铺的溶液10min，紫外光源与溶液间的距离为7.5cm，紫外光光强为3.0
×
105lux。使得溶液中的溶剂蒸发，溶质中的硝酸银发生氧化还原反应，在聚丙烯腈(pan)基底上形成银纳米颗粒，并获得柔性应变传感器。
112.步骤5：将步骤4中所获得的柔性应变传感材料裁剪至所需形状。
113.对比例1
114.本对照案例提供了一种基于传统分层结构的柔性应变传感器，结构为自下而上依次设置的pdms(聚二甲基硅氧烷)和导电pdms(cpdms)，具体制备方法如下所示：
115.步骤1：甲苯溶液以15:1的重量比加入到含有carbon black(cb)纳米颗粒的小瓶中，然后将cb/甲苯混合物在浴式超声波仪中以28khz的固定频率超声1小时，使cb纳米颗粒彼此分离。
116.步骤2：用甲苯溶剂以1:1的重量比稀释液态pdms，以降低pdms的粘度，促进cbs易于分散。然后将每种混合物(cb/甲苯和pdms/甲苯)在室温下磁搅拌2h，然后将预处理过的两种混合物混合在一起；
117.步骤3：将cb/pdms/甲苯混合物在通风柜下的热板(80℃)上的开口容器中进一步磁搅拌，直到挥发性甲苯完全蒸发。蒸发溶剂后，在混合物中以0.15:1的重量比添加固化剂，获得导电pdms(cpdms)；
118.步骤4：将一个70cm厚的负色调光刻胶首先以1000r/min的速度旋涂在一个清洁的四英寸硅衬底上，并通过标准光刻工艺制图。然后，在与真空泵相连的干燥器中脱气1小时后，将液态pdms(基础聚合物与固化剂的重量比为10:1)倒在模具基底上，完全去除所有气泡。在70℃热固化30min后，通过小心地从模具基底上剥离固化的pdms制备pdms印章；
119.步骤5：将制备的pdms印章与涂在另一个硅衬底上的cpdms接触，打印的cpdms图案在70℃下热固化12小时，使cpdms固化，并完全蒸发残留的溶剂成分。最后，通过涂覆液体pdms来封装打印在pdms印章上的cpdms，然后在70℃下固化30min，完成传感器的制备。
120.对比例2
121.本对照案例提供了一种柔性应变传感材料，其结构为石墨烯泡沫/聚二甲基硅氧烷复合多孔材料，具体制备方法如下。
122.步骤1：使用泡沫镍作为石墨烯泡沫的生长模板，在环境压力下，通过在1000℃下分解甲烷将碳引入泡沫镍中，然后在泡沫镍表面沉积石墨烯膜。
123.步骤2：石墨烯薄膜表面沉积一层薄薄的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)作为支撑，以防止石墨烯网络在镍蚀刻过程中坍塌。
124.步骤3：使用热hcl(或fecl3)溶液蚀刻掉镍骨架。
125.步骤4：在用热丙酮仔细去除pmma层后，可以获得石墨烯泡沫。
126.步骤5：使用pdms渗入石墨烯泡沫后的石墨烯泡沫/聚二甲基硅氧烷复合多孔材料。
127.对比例3
128.本对照案例提供了一种柔性应变传感材料，其结构为石墨烯基的热塑性聚氨酯(tpu)聚合物复合材料，具体制备方法如下。
129.步骤1：将2.0g热塑性聚氨酯(tpu)溶解在50ml dmf中，在40℃下搅拌30分钟。
130.步骤2：将所需量的石墨烯水性分散体与15ml dmf混合，并在超声波下处理10分钟，使石墨烯均匀分散。
131.步骤3：将tpu/dmf和石墨烯/dmf混合在一起，再超声30min。
132.步骤4：然后后在搅拌条件下，将混合物滴入300ml甲醇中，得到石墨烯/tpu絮凝剂。
133.步骤5：将得到的絮凝剂过滤后，在80℃下真空干燥20h，在210℃下在15mpa压力下热压10min，得到石墨烯基的tpu聚合物复合材料。
134.一、性能测试方法
135.1、灵敏度系数的测试方法：灵敏度系数的计算公式为：gf＝(δr/r0)/(δl/l0)，其中δl为样品拉伸增加的长度，l0为样品原始的长度。δr为样品拉伸长度为δl时所对应的电阻变化，r0为样品未发生应变(拉伸)时的电阻。
136.2、最大应变的测试方法：将样品放置在万能力学试验机或其他拉伸设备上，通过对样品两端施加拉力(力的具体大小可不描述)，拉伸样品直至样品发生不可恢复的形变或断裂，其最大应变可计算为ε＝δl/l0，l0为样品未拉伸前的长度，δl为样品发生不可恢复的形变或断裂前样品拉伸增加的长度。
137.二、性能测试结果
138.本发明中对实施例1和对比例1所得的柔性传感材料分别进行灵敏度测试，得到如
图2所示的灵敏度特性曲线，并将灵敏度与最大应变总结在下表1中。可知紫外还原工艺获得的柔性传感材料相比于传统分层加工获得的传感材料，在灵敏度和最大应变表征上都有提高，从而使传感器的整体性能得到提高。
139.表1本发明实施例和对比例提供的样品的灵敏度与最大应变测试结果
[0140][0141][0142]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚丙烯腈和硝酸银溶于溶剂中，制备得前驱体溶液；将前驱体溶液铺设于容器上；通过紫外光照射诱导发生氧化还原反应形成层状结构，包括由聚丙烯腈形成的基底层，和负载在基底层上的由纳米银颗粒形成的传感功能层。2.根据权利要求1所述的一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈的质量浓度为5％～10％；和/或所述硝酸银的质量浓度为30％～70％；和/或所述溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺。3.根据权利要求1所述的一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料的制备方法，其特征在于，紫外光照射设置包括：紫外光照射时至样品的距离为7cm～10cm；紫外光的照射照度大于2.5
·
105lux。4.根据权利要求1所述的一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料的制备方法，其特征在于，还包括步骤：通过在前驱体与紫外光源之间加盖掩模板，用于实现对该柔性传感材料进行客制化电路设计与印制。5.根据权利要求1至4任一项所述的一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料的制备方法，其特征在于，还包括拉伸步骤：将通过紫外光照射诱导发生氧化还原反应形成的层状结构进行拉伸，实现传感功能层上形成裂纹结构。6.一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料，包括基底层和传感功能层，由权利要求1至5任一项所述的一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料的制备方法制备获得，其特征在于，所述基底层为聚丙烯腈；所述传感功能层为银纳米颗粒组成的导电介质层。7.根据权利要求6所述的一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料，其特征在于，基底层的厚度为1mm～3mm，传感功能层的厚度为5μm～15μm。8.根据权利要求6所述的一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料，其特征在于，所述基底层上有裂纹结构。9.一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料的应用，传感材料为权利要求1至5任一项所述的一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料的制备方法制备获得，其特征在于，用于制作柔性传感器或用作柔性传感器。10.根据权利要求9所述的一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料的应用，其特征在于，还包括将传感材料进行拉伸，实现在传感功能层形成裂纹结构。

技术总结
本发明公开了一种基于紫外诱导的柔性应变传感材料及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将聚丙烯腈和硝酸银溶于溶剂中，制备得前驱体溶液；将前驱体溶液铺设于容器上；通过紫外灯照射诱导发生氧化还原反应形成层状结构，包括由聚丙烯腈形成的基底层，和负载在基底层上的由纳米银颗粒形成的传感功能层。本发明制备得到的柔性应变传感材料的应变范围以及灵敏度有显著提高。围以及灵敏度有显著提高。围以及灵敏度有显著提高。


技术研发人员：林森 陆佳翔
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/9/14