[發明專利]基于碳納米纖維紗織物的柔性應變傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201810144355.6
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108680095B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 閆濤;潘志娟
• 申請（專利權）人: 南通紡織絲綢產業技術研究院;蘇州大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;D03D15/00;D03D13/00;D06C7/04
• 代理公司: 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 金利琴

1.基于碳納米纖維紗織物的柔性應變傳感器，其特征是：所述柔性應變傳感器包括碳納米纖維紗織物、兩個引出電極和覆蓋所述碳納米纖維紗織物上、下表面的聚合物薄膜，所述引出電極與所述碳納米纖維紗織物連通；

所述碳納米纖維紗織物的制備方法為：

(1)利用多噴頭濕法-靜電紡絲裝置制備聚丙烯腈納米纖維束，通過并合加捻的方法制到聚丙烯腈納米纖維紗；

(2)對聚丙烯腈納米纖維紗上漿，以上漿后的聚丙烯腈納米纖維紗為緯紗，聚丙烯腈短纖紗為經紗進行機織加工獲得織物，再對織物進行退漿、熨燙處理制得納米纖維紗織物，其中織物的經密為200～400根/10cm，緯密50～200根/10cm，織物組織為平紋；

(3)對納米纖維紗織物進行預氧化及碳化處理制得碳納米纖維紗織物；所述預氧化在空氣氛圍下進行，預氧化升溫速率為1～2℃/min，最終溫度為260～280℃，預氧化時間為1～2h；所述碳化處理在惰性氣體環境中進行，碳化升溫速率為2～10℃/min，最終溫度為800℃以上，時間為1～3h；

所述柔性應變傳感器在伸長率從0到5～12％之間進行循環拉伸時，敏感系數為30～200；所述柔性應變傳感器在伸長率9％以下進行拉伸時，其電阻變化率與伸長率關系的線性相關系數≥0.995。

2.根據權利要求1所述的基于碳納米纖維紗織物的柔性應變傳感器，其特征在于，所述柔性應變傳感器能夠在0～180°范圍彎曲。

3.根據權利要求1所述的基于碳納米纖維紗織物的柔性應變傳感器，其特征在于，所述聚合物薄膜為具有彈性的熱塑性材料薄膜，所述具有彈性的熱塑性材料為聚氨酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷或橡膠。

4.根據權利要求1所述的基于碳納米纖維紗織物的柔性應變傳感器，其特征在于，所述引出電極為銅絲或銀線；所述連通是指將所述引出電極與所述碳納米纖維紗織物用導電銀膠粘接。

5.根據權利要求1所述的基于碳納米纖維紗織物的柔性應變傳感器，其特征在于，所述柔性應變傳感器寬0.6cm～1.5cm，長7cm，厚度為350μm～750μm，其中兩電極之間的距離為1cm～5cm。

6.根據權利要求1所述的基于碳納米纖維紗織物的柔性應變傳感器，其特征在于，所述碳納米纖維紗織物是指以普通聚丙烯腈短纖紗為經紗，靜電紡聚丙烯腈納米纖維紗為緯紗織造，然后進行預氧化和碳化而獲得的織物。

7.制備如權利要求1～6任一項所述的基于碳納米纖維紗織物的柔性應變傳感器的方法，其特征是：包括以下步驟：

(a)將聚合物溶液或液態聚合物均勻鋪展后干燥，得到基體薄膜；

(b)把碳納米纖維紗織物與引出電極連接，并用聚合物溶液或液態聚合物浸潤；然后置于所述基體薄膜上，且進行干燥處理，浸潤用的聚合物溶液或液態聚合物的種類與步驟(a)中均勻鋪展的聚合物溶液或液態聚合物相同；

(c)在上步所得產品的碳納米纖維紗織物的表面涂抹一次聚合物溶液或液態聚合物，該步的聚合物溶液或液態聚合物的種類、質量和濃度與步驟(a)中均勻鋪展的聚合物溶液或液態聚合物相同，并使其均勻鋪展，并再次干燥；

即得基于碳納米纖維紗織物的柔性應變傳感器。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述聚合物溶液中的聚合物為聚氨酯、聚酰胺或聚氯乙烯；聚氨酯溶液的溶劑為N’N-二甲基甲酰胺，聚酰胺溶液的溶劑為甲酸，聚氯乙烯溶液的溶劑為環己酮；步驟(a)中的聚合物溶液的質量濃度為15％～25％，步驟(b)中的聚合物溶液的質量濃度為4％～5％；所述液態聚合物為聚二甲基硅氧烷或橡膠。

9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述干燥為真空干燥。