[發明專利]一種基于仿生多級結構復合柔性壓阻傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110794511.5
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113670487B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 鄧維禮;楊維清;楊濤;鄧林;鐘珅;熊達;靳龍
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;B82Y15/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李林合

本發明公開了一種基于仿生多級結構復合柔性壓阻傳感器及其制備方法，主要包括通過等離子對PVDF納米纖維膜進行親水改性，進一步于親水改性的PVDF納米纖維膜表面進行原位聚合生長PANI納米線，制得核殼結構PANI/PVDF復合導電纖維膜；模仿玫瑰花瓣表面微突結構并結合磁控濺射技術制備多級微結構柔性電極；通過銀漿和銅導線來引出電極，制備了新型互鎖仿生多級結構電極和中間核殼結構纖維膜的多層結構壓阻傳感器。該壓阻傳感器不僅兼具高的靈敏度和寬的響應范圍，還具有結構簡單、制備簡便、成本低廉等特點。

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，具體涉及到一種基于仿生多級結構復合柔性壓阻傳感器及其制備方法。

背景技術

柔性可穿戴壓力傳感器具有出色的力-電轉換能力在個人醫療監護、人機交互、智能機器人和運動檢測中具有廣泛的應用前景。基于壓阻傳感器、電容傳感器、壓電傳感器和摩擦電傳感器不同機理，壓阻傳感器由于其結構簡單，成本效益高且易于制造而得到了廣泛的發展。盡管在提高壓阻傳感器的靈敏度，檢測極限，靈活性和穩定性方面已取得了一定的進步，但難以同時實現高靈敏度和寬線性范圍是目前限制其應用的主要難題。通常來說，基于等效介質理論的壓阻式傳感器本征上具有優異的靈敏度，但由于材料固有的粘彈性和熱膨脹特性導致傳感器差的響應能力和嚴重的熱干擾。另外，基于接觸電阻變化的壓阻傳感器通過改變接觸面積變化速率具有優異的靈敏度和快速的響應能力。

發明內容

針對上述的不足，本發明的目的是提供一種基于仿生多級結構復合柔性壓阻傳感器及其制備方法，可有效解決現有壓阻傳感器無法兼備高靈敏度和寬的監測范圍的問題。

為達上述目的，本發明采取如下的技術方案：

本發明提供一種基于仿生多級結構復合柔性壓阻傳感器的制備方法，包括以下步驟：

S1、制備PVDF(聚偏氟乙烯)納米纖維膜；

S2、將S1所得的PVDF納米纖維膜進行親水改性；

S3、于S2所得的親水改性PVDF納米纖維膜表面進行原位聚合生長PANI(聚苯胺)納米線，制備PANI/PVDF復合導電纖維膜；

S4、制備具有仿生玫瑰花瓣表面微結構的PDMS(聚二甲基硅氧烷)膜；

S5、通過S4所得的具有仿生玫瑰花瓣表面微結構的PDMS膜制備多級微結構柔性電極；

S6、通過S3所得的PANI/PVDF復合導電纖維膜和S5所得的多級微結構柔性電極制得基于仿生多級結構復合柔性壓阻傳感器。

進一步地，S1中制備PVDF納米纖維膜的具體過程為：

S1.1、將PVDF置于溶劑中，于50℃～75℃攪拌1.5～3小時，制得紡絲前驅體溶液；其中，紡絲前驅體溶液中PVDF的質量分數為20％～35％。

S1.2、將S1.1所得的紡絲前驅體溶液通過靜電紡絲技術制備PVDF納米纖維膜。

進一步地，S1.1中溶劑為丙酮、二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃、甲苯和乙酸乙酯中的至少一種，優選為體積比為1:1的丙酮和二甲基乙酰胺混合溶劑。

進一步地，S1.1中的溫度為60℃，攪拌時間為2小時。

進一步地，S1.2中靜電紡絲的參數為：注射器連接20G針頭，加載電壓15～19kV，針頭與基板間距離為8～15cm，推進速度為0.01～0.04ml/min，溫度為26℃～31℃，空氣相對濕度為35％～50％，紡絲時間為0.5～2小時，將所得膜在30℃～50℃下干燥10～13小時，然后在130℃～150℃下繼續干燥1.5～3小時后即可。