[發明專利]一種三維柔性傳感器材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210591962.3
• 申請日: 2022-05-27
• 公開（公告）號: CN114843006A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 劉警峰;張楚虹;何菡娜;孫淑嫻;曾麗;凌尚文
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01B5/00
• 分類號: H01B5/00;H01B5/14;H01B13/00;A61B5/00;A61B5/107;A61B5/11;B29C64/112;B33Y10/00
• 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: 劉方正

本發明提供了一種三維柔性傳感器材料及其制備方法和應用，該傳感器材料的制備方法如下：將導電劑、粘結劑和增強劑加入水中，分散均勻制得打印墨水；將打印墨水通過3D打印的方式制成器件，然后將器件浸入交聯劑溶液中浸泡；將含有交聯劑的器件通過冷凍干燥的方式進行干燥，制得。該柔性傳感器可有效解決現有的傳感器存在的硬度大，貼合度差的問題。

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，具體涉及一種三維柔性傳感器材料及其制備方法和應用。

背景技術

傳感器是一種把非電學的信號轉換成電學信號的一種器件，是現代生活中的一種“感覺器官”。在生活中被廣泛應用到了生活中的各個領域，包括在汽車、家用電器、環境保護、娛樂設施等方面，發揮著重要作用。

骨骼是人體的重要組成部分，在人體中起著保護、支持、造血、運動等功能。在人體所有的骨骼關節中，膝關節是人體大而復雜的屈曲關節，它承受很大的力，結構穩定靈活，完成人體的負重傳遞，在人體運動時發揮著重要作用。當人體膝關節受傷后，不僅需要進行治療，而且術后的復健也很重要。術后的恢復程度需要一種判斷標準進行評估。目前病人只能去醫院進行復健，通過醫生的指導進行復健。在這個過程中，由于醫療資源緊缺，對患者來說進行復健時存在著看病難、掛號難以及耗時的問題，需要一種靈活的復健方式來解決這個問題。

目前需要一種能夠幫助患者進行自助式復健的傳感器來對患者的恢復狀況進行監測，使得患者在進行復健時能夠不局限于醫院，進而達到在家、在戶外進行自助式復健的效果，此外傳統的復健器件多為金屬/半導體類的硬度較大的器件，對于受傷部位的貼合度和舒適度均未達到理想狀態。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種三維柔性傳感器材料及其制備方法和應用，該傳感器可有效解決現有的傳感器存在的硬度大，貼合度差的問題。

為實現上述目的，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種三維柔性傳感器材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將導電劑、粘結劑和增強劑加入水中，分散均勻制得打印墨水；

(2)將打印墨水通過3D打印的方式制成器件，然后將器件浸入交聯劑溶液中浸泡；

(3)將含有交聯劑的器件通過冷凍干燥的方式進行干燥，制得。

進一步地，步驟(1)中導電劑、粘結劑和增強劑的用量比為1:0.2-2:0.1-0.5，所述打印墨水中的固含量為10-15％。

進一步地，步驟(1)中的導電劑包括碳納米管、石墨烯、導電炭黑和碳纖維中的一種。

進一步地，步驟(1)中粘結劑包括纖維素、殼聚糖、聚乙二醇、海藻酸鈉、水溶性二氧化硅、聚丙烯酰胺、藻蛋白酸鈉、酪蛋白、聚丙烯酸鈉和聚氧乙烯中的一種。

進一步地，步驟(1)中增強劑包括氧化石墨烯。

進一步地，步驟(1)中打印墨水的制備方法如下：首先將粘結劑添加到水中，采用超聲分散8-12min；再將增強劑加入，采用高速分散儀分散20-40min，轉速為5000-20000rad/min；最后，將導電劑加入溶液中，繼續采用高速分散儀分散50-70min，轉速為1000-30000rad/min。

進一步地，具體打印方式如下：將打印墨水置于針筒中，采用玻璃板為接收器放置于下方三軸平臺，設置打印壓力為10～30psi，打印針頭的直徑為0.34～1.0mm，設定三軸平臺的移動速度為5～20mm/min。

進一步地，樣品層數為1-4層，每一層中的絲條間距與打印的針頭直徑一致。

進一步地，步驟(2)中交聯劑為高價金屬離子，高價金屬離子為二價和三價，交聯劑包括銅離子、鐵離子、鋁離子和鈣離子中的一種。