静电纺丝制备聚氨酯/碳纳米管复合材料及其在应变传感器中的应用的研究
摘要：应变传感器是基于测量物体受力形变所产生的应变的一种传感器。现代应变传感器的目的是将压力信号转化为电信号，从而使得物体的形变能够被检测到。基于金属导体或者半导体等刚性材料的传统机械应变传感器经过长时间的发展已经能够测量各个量程的压力。但是由于传统应变传感器体积大、重量大、只能测量某点或者光滑平面上的压力等方面的限制，无法满足人们对便携、轻薄，可测量复杂曲面及特殊接触面间的应变传感器的需要。近些年来，随着导电高分子复合材料的出现，柔性应变传感器逐渐走进了研究人员的视野。经过了十余年的研究发展，以导电高分子复合材料为敏感材料的柔性应变传感器已经逐渐发展成熟，并且有许多基于新型材料的柔性应变传感器也被研究出来。随着智能化技术和物联网技术的不断发展，柔性应变传感器已经成为了目前电子皮肤、可穿戴设备、智能机器人等领域的核心物件。基于柔性应变传感器的各种设备正在逐渐应用于汽车、机器人、电子和医疗保健等各大领域[1]。尤其是生物医疗与仿生机器人领域关于柔性应变传感器的研究成为近年来的热点。柔性应变传感器正在拥有越来越广阔的应用市场。
关键词：静电纺丝、聚氨酯/碳纳米管复合材料、应变传感器、电子皮肤
国内外研究现状
柔性应变传感器具有可弯折性、延展性、轻便等特点，所以这类传感器大多会使用高分子材料和纳米导电材料合成的导电高分子复合材料。其中，高分子材料主要用来制作柔性应变传感器的基底，防护材料和敏感层的绝缘相。通过研究，PDMS（聚二甲基硅氧烷）、TPU（热塑性聚氨酯）、PI（聚酰亚胺）因其出色的机械强度，弹性，可靠性等成为了柔性应变传感器基底的主要材料。而纳米导电材料，包括金属纳米材料和碳基导电材料（如炭黑，碳纳米管，石墨烯等），通常出现在柔性应变传感器的敏感区域，其中碳基导电材料因其具有低成本，形式多样化，导电性能优异等特性成为一类极具潜力的纳米导电材料。
导电高分子复合材料一般是将导电颗粒均匀地分散在绝缘的高分子复合材料中，形成一种具有压敏效应的弹性复合材料。这种材料的工作原理是由于其内部的导电颗粒会在高分子复合材料中形成导电网格，压力会导致这种复合材料发生形变进而导致导电网格发生变化。
十年来的国内外研究发现，基于炭黑、碳纳米管、石墨烯等分散在PDMS、环氧树脂等高分子复合材料虽然具有一定的压敏性，但是其灵敏度不高，压敏性严重依赖于复合材料的受力形变，而且电信号具有一定的迟滞性[2]。其逾透浓度（导电填料可以使导电复合材料具有压敏效应的最低浓度）非常依赖于导电填料的导电性和比表面积。所以，近年来在导电复合材料的研究的主要目标是如何降低导电填料的逾透浓度。
郑州大学的刘虎博士[3]研究了石墨烯和碳纳米管在TPU材料中的分散情况，并确定了这两种材料体系的逾透浓度分别为0.05vol%和0.25vol%，然后他探究了这两种材料联用在TPU基体中时的分散情况。他认为，碳纳米管可以作为分离的石墨烯片间的导电通路，再均匀分散的情况下，两种导电填料的联用可以显著降低导电填料的逾透浓度。最终获得了逾透浓度为0.006vol%的导电高分子复合材料。这种复合材料内的导电网格在受到形变时更加容易被破坏，所以也具有了更高的灵敏度，为制备高性能的应变传感器提供了基础。
韩国浦航科技大学的Jihun Hwang等人[4]研究了通过添加改性剂的方式使得多壁碳纳米管/PDMS复合材料能够更均匀的分散以获得更低的逾透浓度的制备方法。P3HT作为一种导电高分子材料，在这个研究中充当了包覆CNT的改性剂，添加了P3HT的复合材料能够使CNT具有更好的分散性，解决了CNT在PDMS材料中分散会出现团聚的问题。这种分散极好的CNT材料会在受到压力形变时，导电网格的破坏比导电网格的形成更加强烈，出现与一般复合材料相反的正压阻效应。
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
