[發明專利]一種全纖維基柔性傳感器及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202010049508.6
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111227812B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 鐘衛兵;王棟;柯弈名;蔣海青;丁新城;劉志豪;李唯昕
• 申請（專利權）人: 武漢紡織大學;武漢飛帛絲科技有限公司
• 主分類號: A61B5/0205
• 分類號: A61B5/0205;A61B5/11;A61B5/00;D04C1/12;D04C1/02;D02G3/04;D02G3/44
• 代理公司: 武漢卓越志誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42266
• 代理人: 胡婷婷

本發明公開了一種全纖維基柔性傳感器及其制備方法與應用，所述全纖維基柔性傳感器包括彈性導電繩芯和由導電紗線編織并包裹在所述彈性導電繩芯外周的傳感層，所述繩芯的電阻低于所述傳感層電阻。本發明采用彈性導電紗線，通過編繩法將應力傳感器的電極層包裹于傳感層中，以制備出集傳感與電極復合于一體的“皮芯結構”線狀傳感材料，且可進一步將其直接與普通紗線或線狀彈性體混織成片用作柔性壓力傳感電子器件，應用于檢測人體生理健康(脈搏)和全范圍運動(面部表情、發聲、關節運動)等領域，且該線狀傳感材料具備結構簡單、穩定性高，制備工藝簡便、可重現性好、檢測靈敏度高等特點。

技術領域

本發明涉及柔性傳感器技術領域，尤其涉及一種全纖維基柔性傳感器及其制備方法與應用。

背景技術

隨著人工智能的高速發展和智能終端的普及，可穿戴電子設備呈現出巨大的市場前景。柔性應力傳感器作為人造柔性電子器件的核心部分，在人體臨床診斷、健康評估、健康監控、虛擬電子、柔性觸摸屏、柔性電子皮膚，甚至工業機器人等領域擁有很大的應用潛力。其是否能實現高分辨、高靈敏、快速響應、低成本制造和復雜信號檢測等性能是柔性可穿戴電子設備是否能廣泛推廣的關鍵。傳統的柔性傳感材料多為高分子基類柔性薄膜，由于材料自身的局限性，其只能實現部分柔性，從而限制了其發展應用，因此開發全柔性傳感材料具有重要的研究意義。

目前，制造柔性應力傳感器的主流方式是將傳感器的形變轉變為電阻值的變化，即壓電阻型應力傳感器。其中較為常用的制備方法是在柔性基底表面嵌入或覆蓋一層導電材料，得到多層結構的應變傳感器。導電材料可以是金屬膜或導電納米材料通過各種工藝組裝得到導電薄膜。該類導電薄膜的均勻度不高，制得的壓力傳感器的可重現性較差。且傳統的壓力傳感設備實現傳感作用需三層結構(傳感層、電極層、傳感層)，其組成結構相對較復雜，因此可重復性較差，限制了多樣化壓力傳感器的推廣和應用。

此外，傳統的柔性應力傳感器的基底材料為表面平整的彈性薄膜，如聚甲基乙烯基硅氧烷(PDMS)、Ecoflex、Dragon skin、橡膠等，其表面嵌入或覆蓋的導電層均為平面結構。這種平面結構的傳感器普遍存在靈敏度不夠高，難以檢測微小形變的缺點，限制了其發展和應用。因此，迫切需要一種高靈敏度，同時制備工藝簡便的新型應力傳感器。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種全纖維基柔性傳感器及其制備方法與應用，采用彈性導電紗線，通過編繩法將應力傳感器的電極層包裹于傳感層中，以制備出集傳感與電極復合于一體的“皮芯結構”線狀傳感材料，且可進一步將其直接與普通紗線或線狀彈性體混織成片用作柔性壓力傳感電子器件，應用于檢測人體生理健康(脈搏)和全范圍運動(面部表情、發聲、關節運動)等，且該線狀傳感材料具備結構簡單、穩定性高，制備工藝簡便、可重現性好、檢測靈敏度高等特點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種全纖維基柔性傳感器，所述全纖維基柔性傳感器包括彈性導電繩芯和由導電紗線編織并包裹在所述彈性導電繩芯外周的傳感層，所述彈性導電繩芯的電阻低于所述傳感層電阻。

作為上述方案的進一步限定，所述彈性導電繩芯由多根導電紗線絞合編織而成，所述彈性導電繩芯的電阻低于所述傳感層電阻的2～8％。

作為上述方案的進一步限定，所述彈性導電繩芯的直徑為100～1000μm，伸長率大于等于0.01％。

作為上述方案的進一步限定，所述全纖維基柔性傳感器的長度大于等于5cm，直徑為0.1～5mm，伸長率大于等于0.01％，所述全纖維基柔性傳感器中導電紗線的直徑為100～1500μm。

作為上述方案的進一步限定，所述導電紗線包括但不限于為混紡紗線或鍍層紗線中的一種或兩種組合。