一種基于碳納米管三維網(wǎng)絡(luò)薄膜的應(yīng)變傳感器制備方法
【專利摘要】一種基于碳納米管三維網(wǎng)絡(luò)薄膜的應(yīng)變傳感器制備方法，主要解決現(xiàn)有基于聚合物基體內(nèi)的碳納米管傳感技術(shù)會影響復(fù)合材料成型及復(fù)合材料力學(xué)性能的問題。實現(xiàn)步驟：（1）將碳納米管和表面分散劑的混合物通過機(jī)械融合的方法制備碳納米管的單分散水溶液；（2）將碳納米管的單分散水溶液倒入真空吸濾裝置的容器在過濾膜上抽濾成膜；（3）將碳納米薄膜與過濾膜壓實，放入烘箱內(nèi)固化，固化后剝離濾膜后得到三維薄膜；（4）從薄膜上切下長方形結(jié)構(gòu)，將導(dǎo)線固定于薄膜表面，將此傳感器埋入復(fù)合材料內(nèi)部特定位置，按復(fù)合材料固化工藝成型。具有界面結(jié)合性能好，可與復(fù)合材料共同成型，適合進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)變場監(jiān)測，應(yīng)變傳感精度高和線性可重復(fù)性的特點(diǎn)。
【專利說明】一種基于碳納米管三維網(wǎng)絡(luò)薄膜的應(yīng)變傳感器制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感器制備方法，尤其涉及一種基于碳納米管三維薄膜的應(yīng)變傳感器制備方法，屬于材料科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管以其優(yōu)異的熱力學(xué)性能，壓阻性及電性能而成為優(yōu)異的傳感器材料。直接將碳納米管分散于聚合物基體內(nèi)，通過復(fù)合材料電阻變化監(jiān)測應(yīng)變時，碳納米管復(fù)合材料的應(yīng)變及電阻可表現(xiàn)出較好的線性關(guān)系，但是碳納米管的分子間作用力較大，當(dāng)直接分散于聚合物基體內(nèi)時，其巨大的比表面積會導(dǎo)致樹脂基體黏度增大，造成復(fù)合材料成型困難，從而影響復(fù)合材料力學(xué)性能，同時由于碳納米管的含量較低，較難分散等問題也會影響到碳納米管傳感網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及傳感精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于上述問題，本發(fā)明將碳納米管薄膜引入傳感器領(lǐng)域。碳納米管薄膜(碳納米紙)是一種依靠碳納米管(單壁或多壁)分子間范德華力連接而成，由碳納米管及其間空隙組成的薄膜狀自支撐三維立體結(jié)構(gòu)，其具有高導(dǎo)電性，電磁特性及機(jī)械特性，相比于在樹脂內(nèi)添加碳納米管，碳納米管薄膜完全由碳納米管連接而成，具有更加優(yōu)異的電導(dǎo)性，當(dāng)鋪放于需要進(jìn)行局部應(yīng)變監(jiān)測的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)時，高密度的碳納米管網(wǎng)絡(luò)會對結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力/應(yīng)變分布具有較好的敏感性，其各向異性特性也使其具有不同方向應(yīng)力/應(yīng)變傳感性能。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:一種基于碳納米管三維網(wǎng)絡(luò)薄膜的應(yīng)變傳感器制備方法，是通過以下步驟實現(xiàn)的:
[0005]( I)碳納米管和表面分散劑的混合物通過機(jī)械融合的方法制備碳納米管的單分散水溶液，其中碳納米管選用多壁碳納米管、單壁碳納米管、功能化碳納米管，表面活性劑選用TX-100、SDS、SDBS，碳納米管的水溶液濃度控制在0.01-2.5wt%，表面活性劑:碳納米管質(zhì)量比=20:1-1:1，機(jī)械融合法主要包括研體研磨、磁力攪拌、超聲分散、高速離心法。
[0006](2)將碳納米管的單分散水溶液倒入真空吸濾裝置的上容器在過濾膜上抽濾成膜，過濾膜選用0.22或0.44 μ m的混纖膜或PTFE膜，控制真空度為40_100kpa。
[0007](3)將碳納米薄膜與過濾膜一同放入不銹鋼板間壓實，放入烘箱內(nèi)50-150度固化1-10小時，固化完成后剝離濾膜后得到碳納米管三維薄膜。
[0008](4)從碳納米管薄膜上切下長10mm，寬4mm的長方形結(jié)構(gòu)，利用導(dǎo)電膠將4根銅導(dǎo)線(0.2_直徑)固定于碳納米管薄膜表面，將此傳感器埋入復(fù)合材料內(nèi)部(或外貼于復(fù)合材料外部)特定位置，按復(fù)合材料固化工藝固化成型。
[0009](5)復(fù)合材料靜態(tài)拉伸實驗過程中，利用四探針法分別測量碳納米管薄膜的電流與電壓變化，計算碳納米管薄膜傳感器電阻變化-應(yīng)變關(guān)系曲線，擬合得到應(yīng)變傳感系數(shù)S值如下:
【權(quán)利要求】
1.一種基于碳納米管三維網(wǎng)絡(luò)薄膜的應(yīng)變傳感器制備方法，是通過以下步驟實現(xiàn)的: (1)碳納米管和表面分散劑的混合物通過機(jī)械融合的方法制備碳納米管的單分散水溶液，其中碳納米管選用多壁碳納米管、單壁碳納米管、功能化碳納米管，表面活性劑選用TX-100, SDS、SDBS，碳納米管的水溶液濃度控制在0.01-2.5wt%，表面活性劑:碳納米管質(zhì)量比=20:1-1:1，機(jī)械融合法主要包括研體研磨、磁力攪拌、超聲分散、高速離心法； (2)將碳納米管的單分散水溶液倒入真空吸濾裝置的上容器在過濾膜上抽濾成膜，過濾膜選用孔徑為0.22或0.44 μ m的混纖膜或PTFE膜，控制真空度為40_100kpa ； (3)將碳納米薄膜與過濾膜一同放入不銹鋼板間壓實，放入烘箱內(nèi)50-150度固化1-10小時，固化完成后剝離濾膜后得到碳納米管三維薄膜； (4)從碳納米管薄膜上切下長方形結(jié)構(gòu)，利用導(dǎo)電膠將銅導(dǎo)線固定于碳納米管薄膜表面，將此傳感器埋入復(fù)合材料內(nèi)部或外貼于復(fù)合材料外部)特定位置，按復(fù)合材料固化工藝固化成型； (5)復(fù)合材料靜態(tài)拉伸實驗過程中，利用四探針法分別測量碳納米管薄膜的電流與電壓變化，計算碳納米管薄膜傳感器電阻變化-應(yīng)變關(guān)系曲線，擬合得到應(yīng)變傳感系數(shù)S值如下:
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于碳納米管三維網(wǎng)絡(luò)薄膜的應(yīng)變傳感器制備方法，是通過以下具體步驟實現(xiàn)的: a、碳納米管和表面分散劑的混合物通過機(jī)械融合的方法制備碳納米管的單分散水溶液，其中碳納米管選用多壁碳納米管，表面活性劑選用TX-100，碳納米管的水溶液濃度控制在0.lwt%，表面活性劑:碳納米管質(zhì)量比=5:1，機(jī)械融合法主要包括研體研磨、磁力攪拌、超聲分散、高速離心法； b、將碳納米管的單分散水溶液倒入真空吸濾裝置的上容器在過濾膜上抽濾成膜，過濾膜選用0.22PTFE膜，控制真空度為60kpa ； C、將碳納米薄膜與過濾膜一同放入不銹鋼板間壓實，放入烘箱內(nèi)100度固化4小時，固化完成后剝離濾膜后得到碳納米管三維薄膜； d、從碳納米管薄膜上切下長方形結(jié)構(gòu)，利用導(dǎo)電膠將銅導(dǎo)線固定于碳納米管薄膜表面，將此傳感器埋入復(fù)合材料內(nèi)部或外貼于復(fù)合材料外部特定位置，按復(fù)合材料固化工藝固化成型。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于碳納米管三維網(wǎng)絡(luò)薄膜的應(yīng)變傳感器制備方法，是通過以下具體步驟實現(xiàn)的: a、碳納米管和表面分散劑的混合物通過機(jī)械融合的方法制備碳納米管的單分散水溶液，其中碳納米管選用多壁碳納米管、單壁碳納米管、功能化碳納米管，表面活性劑選用TX-100、SDS、SDBS，碳納米管的水溶液濃度控制在0.01wt%，表面活性劑:碳納米管質(zhì)量比=20:1，機(jī)械融合法主要包括研缽研磨、磁力攪拌、超聲分散、高速離心； b、將碳納米管的單分散水溶液倒入真空吸濾裝置的上容器在過濾膜上抽濾成膜，過濾膜選用孔徑為0.22或0.47 μ m的混纖膜或PTFE膜，控制真空度為40kpa ； C、將碳納米薄膜與過濾膜一同放入不銹鋼板間壓實，放入烘箱內(nèi)50度固化10小時，固化完成后剝離濾膜得到碳納米管三維薄膜； d、從碳納米管薄膜上切下長方形結(jié)構(gòu)，利用導(dǎo)電膠將銅導(dǎo)線I固定于碳納米管薄膜2的表面，將此傳感器埋入復(fù)合材料內(nèi)部或外貼于復(fù)合材料外部特定位置，按復(fù)合材料固化工藝固化成型。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于碳納米管三維網(wǎng)絡(luò)薄膜的應(yīng)變傳感器制備方法，是通過以下具體步驟實現(xiàn)的: a、碳納米管和表面分散劑的混合物通過機(jī)械融合的方法制備碳納米管的單分散水溶液，其中碳納米管選用多壁碳納米管、單壁碳納米管、功能化碳納米管，表面活性劑選用TX-100、SDS、SDBS，碳納米管的水溶液濃度控制在2.5wt%，表面活性劑:碳納米管質(zhì)量比=5:1，機(jī)械融合法主要包括研缽研磨、磁力攪拌、超聲分散、高速離心； b、將碳納米管的單分散水溶液倒入真空吸濾裝置的上容器在過濾膜上抽濾成膜，過濾膜選用孔徑為0.22或0.47 μ m的混纖膜或PTFE膜，控制真空度為IOOkpa ； C、將碳納米薄膜與過濾膜一同放入不銹鋼板間壓實，放入烘箱內(nèi)150度固化I小時，固化完成后剝離濾膜得到碳納米管三維薄膜； d、從碳納米管薄膜上切下長方形結(jié)構(gòu)，利用導(dǎo)電膠將銅導(dǎo)線I固定于碳納米管薄膜2表面，將此傳感器埋入復(fù)合材料內(nèi)部或外貼于復(fù)合材料外部特定位置，按復(fù)合材料固化工藝固化成型。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種基于碳納米管三維網(wǎng)絡(luò)薄膜的應(yīng)變傳感器制備方法，其特征在于:所述的長方形結(jié)構(gòu)為長IOmm,寬4_。
6.如權(quán)利要求1或2 或3或4所述的一種基于碳納米管三維網(wǎng)絡(luò)薄膜的應(yīng)變傳感器制備方法，其特征在于:所述的銅導(dǎo)線采用4根，每根直徑為0.2mm。
【文檔編號】G01B7/16GK103808247SQ201210436811
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月6日
【發(fā)明者】盧少微, 賁強(qiáng), 張海軍, 高禹, 聶鵬, 呂偉 申請人:沈陽航空航天大學(xué)