[發(fā)明專利]可穿戴的柔性傳感器及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310095507.5
• 申請(qǐng)日: 2013-03-22
• 公開（公告）號(hào): CN103225204A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊杰;朱昌偉;鞏力睿;王亮;沈紀(jì);陶伯萬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): D06M11/83
• 分類號(hào): D06M11/83;D06M11/74;D06M15/55;D06M15/643;D06M15/564;B32B15/02;B32B15/04;B32B15/14;A61B5/00
• 代理公司: 成都惠迪專利事務(wù)所 51215
• 代理人: 劉勛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于紡織材料領(lǐng)域，涉及織物表面處理和功能性涂層制備的方法。

背景技術(shù)

隨著服裝產(chǎn)業(yè)向功能化、智能化、人性化的方向邁進(jìn)，服裝已不是傳統(tǒng)意義上的普通滿足人們衣著的產(chǎn)品，各種各樣的高科技紡織品接連出現(xiàn)。而能夠和醫(yī)療技術(shù)結(jié)合的智能紡織品，便成了高科技紡織領(lǐng)域的一大主流研究方向。

為了滿足人類對(duì)于惡劣環(huán)境的征服和特殊人群的護(hù)理的需要，高科技紡織領(lǐng)域致力于制造能夠采集人體生命信息的探測(cè)器，這就導(dǎo)致了服裝傳感器的誕生。該服裝傳感器以服裝面料為基底，其上有一層矩形陣列，兩層材料相互疊放，外界壓力可以導(dǎo)致陣列的微弱形變，將此形變轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再輸入處理器，便可計(jì)算出壓力的大小，進(jìn)而測(cè)算出人體脈搏，探知人體狀況。柔性基底多選用光滑的塑料，雖然可以在其上獲得高靈敏度的傳感器，但是其舒適性差難以滿足服用性能的要求。

織物面料由于透氣性、柔軟性、舒適性等服用性能，因此使用布料作為基底材料，可以提高高科技紡織品的附加值，滿足柔性傳感器的需要。但是，由于織物表面起伏較大，難以實(shí)現(xiàn)織物傳感器的制作加工。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種可穿戴的柔性傳感器及其制備方法，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，能夠保持布料的舒適性，能夠形成排列有序的矩形陣列。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，可穿戴的柔性傳感器，包括柔性織物、導(dǎo)電電極層和傳感器層，柔性織物的表面設(shè)置有阻擋層，阻擋層和導(dǎo)電電極層之間設(shè)置有填隙層，阻擋層的材質(zhì)為金屬。

進(jìn)一步的，阻擋層材質(zhì)為Ag或Cu或Au或銀銅合金；所述填隙層材質(zhì)為光刻膠或印刷石墨或柔性環(huán)氧樹脂或全透明硅膠或聚氨酯或PUV樹脂。所述傳感器層為功能傳感器陣列，其材質(zhì)為高電導(dǎo)性金屬，功能傳感器陣列的金屬纖維高為5-20μm，直徑為5-50μm；纖維與纖維距離為10-50μm。

所述阻擋層厚度大于100nm小于1μm，所述導(dǎo)電電極層厚度大于100nm小于500nm。以上范圍包含端值。

本發(fā)明還提供可穿戴的柔性傳感器制備方法，包括下述步驟：

（1）布料清洗后干燥；

（2）涂覆阻擋層：將固體粉料含量為5%-30%的漿料均勻涂覆在經(jīng)過步驟（1）處理的布料表面，烘烤后保溫，得到基片；

（3）涂覆填隙層：將柔性膠體溶液滴在步驟（2）的基片上進(jìn)行均勻旋涂，旋涂后烘烤，烘烤結(jié)束后自然降溫至室溫；反復(fù)重復(fù)旋涂和退火，直到薄膜表面均方根粗糙度小于20nm；

（4）在填隙層上以蒸發(fā)鍍膜工藝制備金屬導(dǎo)電電極；

（5）在步驟（4）所述導(dǎo)電電極上制備功能傳感器陣列。

進(jìn)一步的，所述步驟（2）中，烘烤溫度為150-200℃，保溫時(shí)間為5-30min；所述步驟（3）中，烘烤溫度為100-250℃，保溫時(shí)間為5-30min。保溫結(jié)束后，將布料直接從烘烤箱中取出。

所述步驟（4）為：將步驟（3）處理過的織物放在真空蒸鍍機(jī)中進(jìn)行蒸鍍金屬銀電極，本底真空1×10^-3Pa，蒸發(fā)電流為80A，蒸發(fā)時(shí)間為15秒，厚度約為300nm；

所述步驟（5）為：將蒸鍍有銀電極的樣品取出，在表面覆蓋孔徑為400目的金屬掩膜版后再次放入真空蒸鍍機(jī)，本底真空1×10^-3Pa，蒸發(fā)電流為100A，蒸發(fā)時(shí)間為5min，取下掩膜板可以得到銀纖維陣列。

本發(fā)明的有益效果是，采用較簡(jiǎn)單的方式可在透氣性、柔軟性、舒適性好的布料表面實(shí)現(xiàn)可穿戴的全方位感應(yīng)的皮膚感應(yīng)器，可在較長(zhǎng)時(shí)間里佩戴這些電子器件，同時(shí)又不影響正常的日常活動(dòng)。該系統(tǒng)可被用來追蹤身體健康狀況，以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)惡劣環(huán)境對(duì)人體的損傷。可以貼附于皮膚，準(zhǔn)確記錄并發(fā)送用于健康目的的電生理測(cè)量數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1布料，2阻擋層，3填隙層，4金屬導(dǎo)電電極，5功能傳感器陣列。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的棉布50倍顯微鏡放大的表面，可見表面非常粗糙。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的涂覆填隙層后50倍顯微鏡放大的表面，可見表面變得比較平整。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的Ag纖維傳感器陣列顯微鏡圖像（100倍）。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例1的Ag纖維傳感器陣列顯微鏡圖像（400倍）。

由圖4、5可見陣列排列整齊有序，纖維高度約為8μm，纖維直徑約為35μm。

具體實(shí)施方式