[發明專利]一種納米纖維基的可拉伸自供能傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201810911630.2
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN110823265A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 姚政
• 申請（專利權）人: 江蘇國源環境科技有限公司
• 主分類號: G01D11/00
• 分類號: G01D11/00;H02N1/04;D04H1/728;D04H1/4358;D04H1/4382;D04H1/4318;D04H1/4374
• 代理公司: 北京聯瑞聯豐知識產權代理事務所(普通合伙) 11411
• 代理人: 黃冠華

本發明公開了一種納米纖維基的可拉伸自供能傳感器及其制備方法，該自功能傳感器包括摩擦層和電極層，所述摩擦層覆蓋在電極層表面，所述摩擦層為復合納米纖維膜，所述電極層包括第一納米纖維膜和導電納米材料，所述導電納米材料敷設在第一納米纖維膜上表面，本發明提供的柔性可拉伸的自供能傳感器用于人體動作監測，主要是基于摩擦納米發電機的摩擦起電和靜電感應效應產生的電信號來反映人體動作特征信號的變化。本發明提出的柔性可拉伸材料結合靜電紡絲技術和絲網印刷技術，使整個可穿戴器件兼具柔性可拉伸的特點，可隨意扭曲和拉伸，即使在剪切之后，器件仍能夠正常工作。

技術領域

本發明涉及傳感器制備技術領域，特別涉及一種納米纖維基的可拉伸自供能傳感器及其制備方法。

背景技術

柔性可拉伸電子器件被視為下一代電子產品，在可穿戴領域已受到了廣泛關注，然而，目前仍然迫切需要一種耐用和可持續的能源來驅動這些電子設備。對于可穿戴設備而言，較為可靠的解決方案之一是收集人體運動產生的能量，并將其轉化為電能，為可穿戴電子設備提供動力，使其持續工作，但目前基于摩擦生電以及靜電感應原理的可拉伸器件的摩擦原料多以硅橡膠為主，所制備的可穿戴器件在舒適度上仍面臨很大的挑戰。另外電極材料在電子設備中同樣有著十分重要的地位，目前的電極材料大部分為金屬材料如鋁箔、銅箔或氧化銦錫等，在長期彎曲過程中產生裂紋，在做柔性電極時有很大的局限性。

發明內容

為克服現有技術中存在的柔性可拉伸電子器件中的電極材料容易產生裂紋等問題，本發明提供了一種納米纖維基的可拉伸自供能傳感器及其制備方法。

具體技術方案如下：

一種納米纖維基的可拉伸自供能傳感器，包括摩擦層和電極層，所述摩擦層覆蓋在電極層表面，所述摩擦層為復合納米纖維膜，所述電極層包括第一納米纖維膜和導電納米材料，所述導電納米材料敷設在第一納米纖維膜上表面。

優選的，所述第一納米纖維膜為靜電紡TPU納米纖維膜，所述導電納米材料為碳納米管。

優選的，所述摩擦層和電極層的最大拉伸率為400％。

優選的，所述摩擦層和電極層的總膜厚為25～35um。

本發明還提供了一種納米纖維基的可拉伸自供能傳感器的制備方法，

步驟1：在原始紡絲基底上通過高壓電源將第一紡絲溶液拉伸成第一納米纖維膜；

步驟2：利用絲網印刷技術在步驟1所得的第一納米纖維膜上表面印刷導電納米材料，形成電極層；

步驟3：將步驟2所得的電極層作為摩擦層的紡絲基底，并利用高壓電源在其上表面將第二紡絲溶液與第一紡絲溶液通過共混紡絲拉伸成共混纖維膜，再以共混纖維膜為紡絲基底，在其上表面進行第二紡絲溶液靜電紡絲，最終得到復合納米纖維膜，

步驟4：熱壓復合納米纖維膜；

步驟5：將復合納米纖維膜剝離原始紡絲基底。

優選的，所述第一紡絲溶液為TPU紡絲溶液，所述第二紡絲溶液為PVDF紡絲溶液。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：

(1)本發明中的電極層和摩擦層均采用納米纖維膜，納米纖維膜具有良好的拉伸性能，該器件能作為自供能傳感器，可直接將機械能轉化為電信號，人體穿戴舒適，且可用于檢測人體動作。

(2)本發明采用靜電紡絲技術和絲網印刷技術，制備電極層和摩擦層，制備工藝成熟，成本低，且可大規模生產。通過靜電紡絲技術制備出的納米纖維膜，具有超高拉伸性能，靜電紡絲技術與絲網印刷技術相結合制備出的柔性電極，代替以往的金屬電極，實現了可彎折性和舒適性。