专利名称：一种用于柔性温度传感器的敏感材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种温度传感器材料，具体地说是一种用于柔性温度传感器的敏感材料。
背景技术：
目前，用于温度传感器的敏感材料主要是金属、金属氧化物或半导体材料等，这几类材料都不具有柔韧性。多年来人们不断尝试利用不同的原理以及不同的材料，来研制柔性触觉传感器。如台湾大学L. -C. Tsao等利用石墨与聚二甲基硅氧烷共混得到导电复合材料，利用该材料具有电阻温度效应的特点作为柔性温度传感的敏感材料；东华大学丁永生等人利用导电纤维作为导电纬纱和导电经纱，将其互相交织而成的机织结构作为温度敏感元件，检测由机织结构温度变化而引起的机织结构电阻的变化；中国科学院上海微系统与信息技术研究所车录锋等人采用MEMS工艺在聚酰亚胺中嵌入金属热敏电阻制作柔性衬底的温度传感器。但是，各类已有的柔性触觉传感器共同存在的问题包括1、在材料的选择上，材料本身不能兼有良好温度传感功能和柔韧性，并且成本尚；2、在传感器阵列结构的布置上，由于所选择的材料的限制，对阵列结构要求高，主要适用于刚性、组合式阵列结构，不能适用于任意设计的触觉传感器阵列，适用范围小；3、在制作工艺上，现有的柔性触觉传感器研究主要是使用MEMS技术和分层安装技术等，制作工艺要求高，成本大。
发明内容
本发明针对上述现有技术所存在的不足，提供一种用于柔性温度传感器的敏感材料，所要解决的技术问题是使材料兼有良好温度传感功能和柔韧性且适用于任意设计的温度传感器阵列结构。本发明解决问题采用如下技术方案本发明所述的用于柔性温度传感器的温度敏感材料是以室温下固化的液态有机硅为基体的复合材料，具体地说是在基体中加入导电碳纤维和纳米碳纤维混合均勻后于室温下固化所得到的兼有良好温度传感性能和柔韧性的复合材料，各组分有以下重量份数
液态有机硅 100份导电碳纤维 8-15份纳米碳纤维 1-5份分散剂8-10份。优选
液态有机硅100份
导电碳纤维10-12份
纳米碳纤维2-4份
分散剂8-10份。所述液态有机硅选自单组分液体硅橡胶RTV⑶401或者双组份聚二甲基硅氧烷 PDMSDC-184，其中单组份RTV⑶401在密闭条件下为液体，在敞口条件下室温固化；双组份 PDMSDC-184由A、B剂组成，A剂90份，B剂10份，A、B剂各自单独存放时为液体，两者混合
后室温固化。所述导电碳纤维为ECP-CF，其平均长度为0. 2mm，平均直径为11-15 μ m,电阻率为
4-7Χ1(Γ3Ω· cm。所述纳米碳纤维为TNCF，其平均长度为5-50 μ m,平均直径为200-400nm，电阻率为 0. 1Χ1(Γ3 Ω · cm。所述分散剂为蒸馏石脑油，密度650_750kg/m3。上述各种原料市场有售。本发明用于柔性温度传感器的敏感材料的制备方法按照选用有机硅种类分两种一是选用单组份液体硅橡胶RTV⑶401，在常温、常压下，将导电碳纤维、纳米碳纤维与分散剂经超声分散后得悬浮液甲；将该悬浮液甲添加到液体硅橡胶RTV⑶401中，又经超声分散得悬浮液乙；将悬浮液乙注入触觉传感器结构模型中，室温下固化成型得到柔性敏感材料。二是选用双组份聚二甲基硅氧烷PDMS DC-184，在常温、常压下，将导电碳纤维、 纳米碳纤维与分散剂经超声分散后得悬浮液甲；将该悬浮液甲添加到聚二甲基硅氧烷 PDMSDC-184的A剂中，又经超声分散得悬浮液乙；在悬浮液乙中添加PDMS DC-184的B齐IJ， 再次超声分散得悬浮液丙，将悬浮液丙注入温度传感器结构模型中，室温下固化成型得到柔性敏感材料。为了有效提高敏感材料在温度传感功能和柔韧性上的兼容性，本发明选用固化成型后柔韧性良好的液态有机硅作为基体材料，通过两种填料掺杂，在保证该材料触觉传感功能的同时更进一步改善其柔软性。本发明采用液态有机硅成型的方法，可以将敏感材料悬浮液填充到任意设计的温度传感器结构模型中经固化成型，极为有效地提高了柔性温度传感器传感功能和柔韧性的兼容性，适于任意设计的温度传感器结构。与已有技术相比，本发明有益效果体现在1、本发明采用液态有机硅作为基体材料，固化成型后的有机硅具有很好柔性，保证了温度敏感材料的柔性；2、本发明采用导电碳纤维ECP-CF和纳米碳纤维为TNCF作为导电填料，导电碳纤维ECP-CF平均长度为0. 2mm，保证在柔性材料中实现长程导电；碳纤维为TNCF平均长度为
5-50μ m易于在液体有机硅中均勻分散，改善导电碳纤维搭接点的导电性，降低导电碳纤维的用量，使温度敏感材料具有良好的温度敏感特性的同时具有一定的柔性；
3、本发明选用两种碳纤维均勻分散在液态有机硅基体材料中，相比已有的柔性触觉传感器材料，如石墨填充的聚二甲基硅氧烷和导电纤维织物，有效地降低了材料的硬度， 改善了材料的柔性，和温度敏感效应；4、本发明采用液态有机硅成型的方法，使本发明材料可以应用于任意设计的温度传感器结构模型中，拓宽了其适用的范围，并且该方法工艺简单，降低了柔性温度传感器的成本。
四
图1是实施例1、实施例2的温度敏感材料的敏感特性曲线。图2是实施例1温度敏感材料固化前的光学显微镜图。图3是实施例1温度敏感材料固化后的光学显微镜图。图4是实施例1温度敏感材料固化后的扫描电镜图。
五具体实施例方式以下结合附图非限定实施例叙述如下。实施例1 以导电碳纤维、纳米碳纤维和液态有机硅复合体系，按如下重量份配比单组分液态硅橡胶RTV⑶401 100份；导电碳纤维8份；纳米碳纤维2份；分散剂10份。所述导电碳纤维为ECP-CF，其平均长度为0. 2mm，平均直径为11-15 μ m,电阻率为 4-7Χ1(Γ3Ω · cm。所述纳米碳纤维为TNCF，其平均长度为5-50 μ m,平均直径为200-400nm，电阻率为 0. 1Χ1(Γ3 Ω · cm。所述分散剂为蒸馏石脑油，密度650_750kg/m3。制备过程在常温、常压下，将8份导电碳纤维ECP_CF、2份纳米碳纤维TNCF与10份分散剂利用FS-150超声波处理仪，超声分散30-40分钟后得悬浮液甲；将悬浮液甲添加到100份液体硅橡胶RTV⑶401中，超声分散20-30分钟得悬浮液乙；将悬浮液乙注入温度传感器结构模型中、室温固化成型，成型时间为64-72小时。对得到的温度敏感材料进行温度敏感特性测试和光学显微镜和扫描隧道显微镜分析，温度敏感特性测试的结果如图1所示的实施例1特性曲线，材料固化前光学显微镜分析图如图2，材料固化后光学显微镜分析图如图3，扫描隧道显微镜分析如图4。实施例2 以导电碳纤维、纳米碳纤维和液态有机硅复合体系，按如下重量份配比双组份聚二甲基硅氧烷PDMS DC-184 :100份，其中A剂90份，B剂10份；导电碳纤维10份；纳米碳纤维4份；
分散剂10份。所述导电碳纤维为ECP-CF，其平均长度为0. 2mm，平均直径为11-15 μ m,电阻率为 4-7Χ1(Γ3Ω · cm。所述纳米碳纤维为TNCF，其平均长度为5-50 μ m,平均直径为200-400nm，电阻率为 0. 1Χ1(Γ3 Ω · cm。所述分散剂为蒸馏石脑油，密度650_750kg/m3。制备过程在常温、常压下，将10份导电碳纤维ECP_CF、4份纳米碳纤维TNCF与10份分散剂利用FS-150超声波处理仪，超声分散30-40分钟后得悬浮液甲；将悬浮液甲添加到100份聚二甲基硅氧烷PDMS DC-184的90份A剂中，超声分散20-30分钟得悬浮液乙；在悬浮液乙中添加PDMS DC-184的B剂10份，再次超声分散得悬浮液丙，将悬浮液丙注入温度传感器结构模型中、室温固化成型，成型时间为20- 小时。对得到的温度敏感材料进行温度敏感特性测试和光学显微镜和扫描隧道显微镜分析，温度敏感特性测试的结果如图1所示的实施例2特性曲线。
权利要求
1.一种用于柔性温度传感器的敏感材料，是以室温下固化的液态有机硅为基体的复合材料，其特征在于各组分有以下重量份数液态有机硅 100份导电碳纤维 8-15份纳米碳纤维 1-5份分散剂8-10份。
2.根据权利要求1所述的敏感材料，其特征在于各组分重量份数为液态有机硅 100份导电碳纤维 10-12份纳米碳纤维 2-4份分散剂8-10份。
3.根据权利要求1或2所述的敏感材料，其特征在于所述的液态有机硅选自单组分液体硅橡胶RTV⑶401或者双组份聚二甲基硅氧烷PDMS DC-184。
4.根据权利要求1或2所述的敏感材料，其特征在于所述导电碳纤维为ECP-CF，其平均长度为0. 2mm，平均直径为11-15 μ m，电阻率为4_7Χ10_3Ω · cm。
5.根据权利要求1或2所述的敏感材料，其特征在于所述纳米碳纤维为TNCF，其平均长度为5-50 μ m,平均直径为200-400nm,电阻率为0. 1 X 10_3 Ω · cm。
6.根据权利要求3所述的敏感材料，其特征在于所述的分散剂为密度650-750kg/m3 蒸馏石脑油。
全文摘要
一种用于柔性温度传感器的敏感材料，是以室温下固化的液态有机硅为基体的复合材料，各组分重量份数为液态有机硅100份，导电碳纤维8-15份，纳米碳纤维1-5份，分散剂8-10份。将配比量的各组分混合并超声分散均匀后注入温度传感器结构模型中，室温下固化成型得到柔性敏感材料。本材料具有很好的柔性和温度敏感特性，适用于任意设计的温度传感器结构。
文档编号C08K7/06GK102206419SQ20111008278
公开日2011年10月5日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者仇怀利, 刘彩霞, 廉超, 张玉刚, 赵兴, 陆伟, 黄英 申请人:合肥工业大学