[發(fā)明專利]一種柔性可穿戴導(dǎo)電纖維傳感器及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510518867.0
• 申請日: 2015-08-21
• 公開（公告）號: CN106705829B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫靜;程蔭;王冉冉;王焱
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;G01B7/30
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

本發(fā)明涉及一種柔性可穿戴導(dǎo)電纖維傳感器及其制備方法和應(yīng)用，該柔性可穿戴導(dǎo)電纖維傳感器包括：支撐材料，所述支撐材料包括彈性芯紗線、螺旋纏繞在所述彈性芯紗線外表面的纏繞纖維；和涂覆于所述支撐材料的所述纏繞纖維表面的導(dǎo)電層。本發(fā)明的柔性可穿戴導(dǎo)電纖維傳感器采用了獨特的彈性螺旋狀雙包覆結(jié)構(gòu)，能夠感應(yīng)拉伸應(yīng)變，彎曲角度，扭轉(zhuǎn)變形。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種柔性可穿戴纖維傳感器及其制備方法和應(yīng)用，屬于柔性及可穿戴電子學(xué)領(lǐng)域以及新材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

柔性可穿戴傳感器主要致力于感應(yīng)和監(jiān)測各種人體活動，在運動感應(yīng)、個人健康監(jiān)測、智能機器人和人機交互方面都有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的應(yīng)變傳感器，如基于金屬箔以及半導(dǎo)體的傳感器，由于不具有很好的柔性以及可探測范圍很小(<5％)，所以無法應(yīng)用于柔性可穿戴傳感器【參照文獻1,2】。一些納米材料由于具有很好的機械柔性以及導(dǎo)電性，開始被應(yīng)用于各式柔性的應(yīng)變傳感器，如碳納米管【參照文獻3,4】、石墨烯【參照文獻5,6】和金屬納米線【參照文獻7,8】。盡管取得了一些進展，但現(xiàn)今仍然存在兩個主要的問題：一是難以同時獲得高的靈敏性和大的感應(yīng)范圍；另一個是當(dāng)前的柔性傳感器大多功能單一，例如只能感應(yīng)拉伸應(yīng)變，無法同時感應(yīng)彎曲、扭轉(zhuǎn)等其他變形，因此不適用于對復(fù)雜而精細的人體活動的感應(yīng)。目前，還沒有能夠有效對拉伸應(yīng)變、彎曲以及扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生相響應(yīng)的柔性可穿戴傳感器。而且，現(xiàn)有的柔性可穿戴傳感器的制備方法工藝較為復(fù)雜，不適于大規(guī)模量產(chǎn)。例如CN103225204A公開一種可穿戴的柔性傳感器，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制備方法繁瑣，且僅能通過感知壓力變化來感知脈搏；CN204007957U公開一種柔性傳感器，其包括彈性體和吸附在彈性體上的導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層跟隨所述彈性體的形變而發(fā)生的電阻值的改變，但是該傳感器并不具有可穿戴的性質(zhì)，不適用于人體。因此，開發(fā)一種工藝簡單、易于操作并且能夠擴大量產(chǎn)的柔性可穿戴傳感器的制備方法是十分重要的，但就本發(fā)明的發(fā)明人所知，目前為止還沒有開發(fā)出有效的方法。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

非專利文獻

Ajovalasit,A.&Zuccarello,B.Local reinforcement effect of a straingauge installation on low modulus materials.J Strain Anal Eng Des 40,643-653(2005).

非專利文獻2

Barlian,A.A.,Park,W.-T.,Mallon,J.R.,Jr.,Rastegar,A.J.&Pruitt,B.L.Review:Semiconductor Piezoresistance for Microsystems.P Ieee 97,513-552(2009).

非專利文獻3

Cohen,D.J.,Mitra,D.,Peterson,K.&Maharbiz,M.M.A highly elastic,capacitive strain gauge based on percolating nanotube networks.Nano Lett 12,1821-1825(2012).

非專利文獻4

Li,S.et al.Working mechanisms of strain sensors utilizing alignedcarbon nanotube network and aerosol jet printed electrodes.Carbon 73,303-309(2014)

非專利文獻5