[發(fā)明專利]一種基于印染法制備柔性電子織物傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710223840.8
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN107419523A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李煜東;李亞楠;宋延林
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號: D06M11/83
• 分類號: D06M11/83;D06M101/32;D06M101/34;D06M101/38
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于紡織材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于印染法制備柔性電子織物傳感器的方法及應(yīng)用。

背景介紹

隨著科技越來越發(fā)達，用可穿戴電子設(shè)備來監(jiān)測人的運動、生理狀況等個人健康資料逐漸進入人們的日常生活。可穿戴電子織物將紡織技術(shù)和電子工程相結(jié)合，制備的一類新型柔性電子器件，在柔性電路、可拉伸天線、發(fā)光二極管、傳感器和能量存儲等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。因其具有優(yōu)異的貼合性、透氣性、質(zhì)輕和低成本等優(yōu)點，在可穿戴電子領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用潛力。

本工作提出了一種基于印染法制備柔性電子織物傳感器的方法，該電子織物傳感器可任意移動、扭動、壓縮而保持良好的傳感性能，可以編織入日常的服裝，輔助設(shè)備或者日用品上，這樣人的運動行為和生理狀況等個人健康資料就可以簡單、隨時隨地地獲取。根據(jù)信號轉(zhuǎn)換機理，柔性電子織物傳感器主要分為電阻型傳感器、壓電型傳感器和電容型傳感器。其中，電阻型電子織物傳感器工藝簡單、成本低、抗干擾能力強、容易實現(xiàn)大規(guī)模制備等優(yōu)點，在實際生產(chǎn)應(yīng)用中得到了廣泛關(guān)注。其基本工作原理是將應(yīng)力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變轉(zhuǎn)化成電阻信號的變化。由于編織的結(jié)構(gòu)可以增加纖維對應(yīng)力的吸收和釋放。在拉伸過程中，一方面由于纖維本身發(fā)生拉伸導(dǎo)致電阻發(fā)生改變；另一方面在拉伸過程中由于纖維間的接觸情況發(fā)生改變從而引起接觸電阻發(fā)生變化。

目前，電子織物的制備方法是將傳統(tǒng)的織物或電紡的介電材料功能化，主要是通過打印、碳化、化學(xué)氣相沉積、溶液浸泡等方法。如專利104114373A（公開日2014.10.22）中利用噴墨打印的方法將PEDOT：PSS噴墨打印到合成纖維織物表面形成導(dǎo)電織物，之后在導(dǎo)電織物上打印電致變色材料的高分辨率的圖案，用于可穿戴傳感器。專利104533579A（公開日2014.12.24）公開的一種含芯壓電纖維織物，將多根含芯壓電纖維以不同的編制方法進行編制形成含有壓電纖維的功能區(qū)作為傳感器或者驅(qū)動器。專利104939403A中公開了一種基于導(dǎo)電納米纖維的柔性可穿戴電子織物，將導(dǎo)電納米纖維編織面料夾層到絕緣面料之間形成柔性可穿戴電子織物。但如何實現(xiàn)大面積、快速簡單、低成本、高性能的電子織物電阻型傳感器的制備仍是一大挑戰(zhàn)。我們采用印染法制備銀納米晶/纖維復(fù)合物。該電子織物具有良好的耐久性和機械強度，能夠?qū)?yīng)變產(chǎn)生靈敏的電學(xué)響應(yīng)，可用于生物監(jiān)測、運動恢復(fù)、刑事偵查、遠(yuǎn)程操控等可穿戴傳感產(chǎn)品領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于提供一種印染法制備電子織物的方法和應(yīng)用；通過對滌綸織物進行親水處理，使銀離子溶液在織物表面低溫原位還原生成銀納米晶-纖維復(fù)合導(dǎo)電織物；將傳感器貼于關(guān)節(jié)處或者編織入檢測者的服裝，可實時監(jiān)測身體的關(guān)節(jié)運動以及肌肉的收縮和伸展。用于生物監(jiān)測、運動恢復(fù)、刑事偵查、遠(yuǎn)程操控等可穿戴傳感產(chǎn)品領(lǐng)域。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

利用印染法制備柔性電子織物傳感器的方法，在親水處理的織物表面低溫原位還原生成穩(wěn)定、均勻的銀納米晶--纖維復(fù)合導(dǎo)電織物；該導(dǎo)電織物對形變產(chǎn)生靈敏的、精確的實時電阻響應(yīng)信號，可制備高性能的電阻型應(yīng)力傳感器，將一個或一組傳感器貼付于被監(jiān)測者的體表皮膚是將一個或者多個傳感器組合貼于人的頸部、胳膊、腿部、腳部等重要關(guān)節(jié)部位，可以體現(xiàn)各種基本以及復(fù)雜運動動作特征的部位。將傳感器連接到有線或無線設(shè)備及信號識別儀器或終端，進行數(shù)據(jù)采集與分析，實時監(jiān)測人的日常基本運動如走路、慢跑、跳躍、深蹲、伸展、仰臥起坐等各項基本動作：以及在此基礎(chǔ)上，對同一類運動可以實現(xiàn)精確分析，例如：平地走、上樓梯、下樓梯、上坡走和下坡走。可以記錄與收集，并分析人的日常生活，工作和運動對應(yīng)關(guān)節(jié)的活動或肌肉的收縮和拉伸相關(guān)的生理反應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的電阻信號信息。

優(yōu)選地，所述的印染法制備導(dǎo)電織物的方法是將含有離子型反應(yīng)溶液在親水處理的織物表面低溫原位還原生成均勻的銀納米晶-纖維復(fù)合材料。

優(yōu)選地，所述的織物的紋路可以是任意編織紋路，如平紋、斜紋或緞紋等。

優(yōu)選地，所述的織物的材質(zhì)可以是由天然纖維，如蠶絲纖維、棉纖維或大豆纖維等；也可以是合成纖維如滌綸纖維、尼龍纖維、氨綸纖維、莫代爾纖維或膠粘纖維等編織而成的。優(yōu)選的，所述的織物的材質(zhì)為滌綸纖維，尼龍纖維，氨綸，絲綢等人工合成和天然纖維

所述的前驅(qū)體溶液可以是但不限于銀離子反應(yīng)型溶液，還可以是鉑、金、銀、銅、鋁離子型反應(yīng)溶液中的一種或幾種。優(yōu)選地，所述的離子型前驅(qū)體溶液是由醋酸銀、甲酸和氨水組成。