[發明專利]一種敏感材料在柔性真空壓強傳感器中的應用

有效

• 申請號: 202011293898.8
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112504542B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 姚帝杰;唐振華;李萍麗;胡松程;邵萬帥;唐新桂;劉秋香
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01L9/02
• 分類號: G01L9/02;B82Y15/00;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蘇云輝

本發明涉及柔性電子材料技術領域，尤其涉及一種敏感材料在柔性真空壓強傳感器中的應用。本發明敏感材料對氣體高度敏感，大氣中氧分子的濃度與氣壓呈正相關，當其暴露于氣體環境時，其電阻隨氣壓的改變顯著改變，應用在柔性真空壓強傳感器中，傳感器通過電阻值的變化對不同壓強環境進行響應，靈敏度高，且該柔性真空壓強傳感器穩定性和可靠性好，循環施加壓強變化，器件電阻率也呈現循環性變化，壓強加載和卸載時的滯回不顯著，對不同真空壓強具有良好的線性特性。該柔性真空壓強傳感器導電納米材料具有較大的接觸角，呈現超疏水性能。因此，該柔性壓強傳感器件可用于智能服裝與醫療設備、實時監測真空壓強。

技術領域

本發明涉及柔性電子材料技術領域，尤其涉及一種敏感材料在柔性真空壓強傳感器中的應用。

背景技術

可穿戴電子產品因其在一次性電子產品、傳感器和健康監測系統中的重要性而吸引了大量關注。如今，這些可穿戴設備在世界各地非常受歡迎，例如，新上市的腕表、谷歌眼鏡、手鐲和眼鏡，這些都是通過當前電子元件的小型化得以實現。近年來，電子紡織品作為新一代可穿戴電子產品，由于其在柔性電子、傳感器和多功能智能服裝方面的潛在應用，吸引了巨大的科學和商業興趣。通過將先進的電子功能整合到普通和絕緣紡織品中形成電子紡織品，這種新型可穿戴電子產品具有重量輕、成本低、可拉伸和可折疊等諸多優點，可以實現為我們的生活服務提供便利。

此外，傳感器要求對監測人體生理信號、氣體和光等具有高靈敏度。在實際應用中，傳感器有多種配置，例如壓阻傳感器、壓電器件、電容傳感器和場效應晶體管等。并且可以分析所有獲得的信息并將其與標準參考數據以及發送給醫生的任何異常信號進行比較，以用于監控、警報和進一步診斷。對于不同種類的傳感器，有各種傳感材料，如碳、金屬、金屬氧化物納米線、導電彈性體復合材料和硅納米線等。但目前還沒有將碳納米管和MXene二維材料應用在真空壓強傳感器中。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種敏感材料在柔性真空壓強傳感器中的應用，通過敏感材料中碳納米管和MXene二維材料對環境中的氣體高度敏感，當其暴露于氣體環境中，其電阻將顯著改變，應用在柔性真空壓強傳感器中，傳感器通過電阻值的變化對不同壓強環境進行響應，靈敏度高。

其具體技術方案如下：

本發明提供了一種敏感材料在柔性真空壓強傳感器中的應用，所述敏感材料由柔性基底和導電納米材料組成；

所述柔性基底與所述導電納米材料通過超聲焊接連接；

所述柔性基底為玻璃化溫度小于81℃的柔性高分子材料，所述導電納米材料為碳納米管或MXene二維材料。

需要說明的是，只有玻璃化溫度小于81℃的柔性高分子材料才可以在超聲波焊接過程中發生熔化，從而與導電材料發生熔合，并且柔性高分子材料具有良好的拉伸性，可彎曲，適合作為可穿戴器件的基底。

本發明敏感材料表現出n型半導體特性，當導電納米材料為碳納米管時，碳納米管CNTs從空氣中自然吸收氧，具有較強的電子親合力。在大氣壓下，大量氧分子(O₂)被吸附到CNTs暴露的表面，導電帶中的電子(e-)可被捕獲成帶負電荷的氧離子(O^2-)，導致敏感材料在空氣中自由電子的數量減少，呈現高電阻現象。大氣壓中的氧分子的濃度一定，隨著氣壓的降低，對應的O₂會減少，敏感材料在空氣中自由電子的數量增加，其電阻值將隨著壓強的降低而降低。將敏感材料應用在柔性真空壓強傳感器中，傳感器通過電阻值的變化對不同壓強環境進行響應，靈敏度高，且該柔性真空壓強傳感器穩定性和可靠性好，循環施加壓強變化，器件電阻率也呈現循環性變化，壓強加載和卸載時的滯回不顯著，對不同真空壓強具有良好的線性特性。該柔性真空壓強傳感器導電納米材料具有較大的接觸角，呈現超疏水性能。因此，該柔性壓強傳感器件可用于智能服裝與醫療設備、實時監測真空壓強。