[發明專利]一種基于電紡纖維的自修復柔性應變傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202110401380.X
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113124745A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 江誠鳴;曹澤;宋金會
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 隋秀文;溫福雪

本發明屬于傳感器技術領域，涉及一種基于電紡纖維的自修復柔性應變傳感器及其制備方法。所述的自修復柔性應變傳感器包括自修復聚二甲基硅氧烷基底、銀納米線網絡導電敏感層、導線和自修復聚二甲基硅氧烷封裝層。本發明的柔性應變傳感器逐層制備，生產工藝簡單，采用靜電紡絲法制備銀納米線導電網絡，比表面積大、三維空間結構、孔隙率低、連續性好，所制得的傳感器具有很高的拉伸性能以及靈敏度，結構簡單，具有可彎曲的特點，便于隨身攜帶，并且具有良好的自修復性能以及抗壓性，能夠適應各種工作環境。

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，涉及一種基于電紡纖維的自修復柔性應變傳感器及其制備方法。

背景技術

柔性電子技術是指將無機/有機電子元件集成在柔性/可延展塑料或薄金屬基板上的新興電子技術，是近年來學術界和工業界的研究熱點之一。而柔性應變傳感器作為柔性電子設備的核心，與剛性和脆性的金屬或無機半導體傳感器相比，具有柔韌性好、重量輕、可恢復變形等優點，更適用于柔性電子產品，目前已經被廣泛的應用于電子皮膚、可穿戴設備、健康監測、生物醫療、智能機器人、人機交互等情景。

柔性應變傳感器是由導電填料在柔性基體中形成連續導電網絡的導電聚合物復合材料，應變傳感器的導電網絡會隨其機械變形產成相應的電信號，從而實現對外部刺激的響應。大應變下的傳感響應需要密集的導電網絡，然而，密集的導電網絡通常在微小應變下伴隨著較低的靈敏度。超低應變下的傳感響應需要一個稀疏的導電網絡，在超低變形下，導電網絡可以表現出明顯的結構變化。因此，稀疏導電網絡的微小應變要求與密集導電網絡的大應變要求之間的沖突使得具有廣泛檢測范圍和高靈敏度的應變傳感器的發展仍然是一個巨大的挑戰。有相關研究人員對于在彈性體表面涂覆導電填料的柔性傳感器，利用導電層與基體的變形能力不匹配來制備導電層的特定結構，如微裂紋和皺紋，以實現超低變形時的傳感，但是制備過程復雜，所需成本較高且傳感器壽命較低。滿足智能終端要求的高性能應變傳感器應能明顯地呈現出導電網絡在應力刺激下的變形。同時，傳感器需要保持結構完整性，在大的拉伸應變和多次加載循環下保持有效的導電路徑。隨著材料科學、信息技術及制造技術的進步，對柔性感知設備也提出了更高的要求與可能性，如具備自修復功能、可降解功能等，使得電子器件能夠適應更加復雜的環境。此外，簡化加工和降低成本也很重要。

專利CN107473208A公開了一種基于林狀石墨烯交織網絡的自修復傳感器，該傳感器采用林狀鎳枝晶交織網絡為生長模板，再通過化學氣相沉積方法沉積石墨烯，再將石墨烯轉移后以柔性膠體包封，將得到的石墨烯網絡制作電極引出引線所制備。該傳感器具有靈敏度、耐大應變、過載之后可自修復的特點。但此傳感器制作方法復雜、制作成本高、可重復性差。

專利CN108548480A公開了一種三層自修復柔性應變傳感器，該傳感器由自修復敏感層以及上下表面設置的自修復封裝層組成，該傳感器能夠在室溫體條件下短時間內修復分層結構的內外損傷，該結構制備簡單，能夠多次修復，增強了應變傳感器的抗外界損傷能力。此傳感器敏感層采用自修復敏感層，雖然能夠達到自修復的目的，但是傳感器靈敏度差、電阻過高，不適用與一些對傳感器性能要求較高的環境。

根據以上討論，可以發現限制柔性應變傳感器發展主要有三個方面，分別是導電網絡應變要求與傳感器靈敏度要求的沖突，導電填料的填充和應變傳感器的多功能化要求。因此，亟需一種解決這些問題的新型柔性傳感器。

發明內容

本發明提供一種基于電紡纖維的自修復柔性應變傳感器及其制備方法，本發明的內容主要將靜電紡絲工藝、自愈合材料與應變傳感器相結合，升級優化柔性傳感器，其目的在于解決現有柔性應變傳感器靈敏度低、檢測范圍小、生產工藝復雜、附加功能缺少的問題。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案如下：