[發明專利]基于混合響應的柔性電容傳感器及其制備方法和應用

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• 申請號: 202211002611.0
• 申請日: 2022-08-19
• 公開（公告）號: CN115406563A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 孫瑜;趙州;楊來浩;陳雪峰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14;G01L9/12
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

本發明公開了一種基于混合響應的柔性電容傳感器及其制備方法和應用，基于混合響應的柔性電容傳感器包括依次疊加設置的第一電極層，介電層和第二電極層，其中，第一電極層和第二電極層均為柔性電極層，介電層為多孔結構的雙層拼接彈性體，雙層拼接彈性體包括具有第一彈性模量的第一多孔結構彈性體和層疊于第一多孔結構彈性體的第二多孔結構彈性體，第二多孔結構彈性體具有不同于第一彈性模量的第二彈性模量，彈性模量不同在相同的應力下不僅可以發生更大的形變而且可以適用于不同量程的壓力檢測。傳感器在實現大小量程的檢測的同時靈敏度大幅提升。

技術領域

本發明屬于柔性傳感器技術領域，特別是一種基于混合響應的柔性電容傳感器及其制備方法和應用。

背景技術

柔性壓力傳感器具有良好的拉伸性，延展性且結構靈活，已經廣泛應用于軟體機器人，可穿戴設備，健康監測，人機交互等，被認為是智能傳感器中最有前景的元件。目前，壓力傳感器按照傳感機理可分為壓阻，電容，壓電和摩擦電等各種不同的類型。雖然電容壓力傳感器具有結構簡單和高漂移穩定性的特點，但是他們往往檢測范圍有限或者在高壓下極易飽和。傳統的電容傳感器通常使用實心絕緣中介層，介電常數低，導致整個傳感器不僅靈敏度低而且響應速度緩慢。采用一些低彈性模量的材料比如海綿能增加電容壓力傳感器的壓力檢測范圍，但是在低壓下靈敏度比較低。

在背景技術部分中公開的上述信息僅僅用于增強對本發明背景的理解，因此可能包含不構成在本國中本領域普通技術人員公知的現有技術的信息。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提出一種基于混合響應的柔性電容傳感器及其制備方法和應用，通過在中介層引入殼聚糖和第二復合導電溶液處理后的仿絲瓜聚氨酯海綿，大幅提高傳感器工作時的介電常數不僅可以實現大小量程檢測，且靈敏度大幅提升。

本發明的目的是通過以下技術方案予以實現，一種基于混合響應的柔性電容傳感器包括依次疊加設置的第一電極層，介電層和第二電極層，其中，所述第一電極層和第二電極層均為柔性電極層，所述介電層為多孔結構的雙層拼接彈性體，雙層拼接彈性體包括具有第一彈性模量的第一多孔結構彈性體和層疊于第一多孔結構彈性體的第二多孔結構彈性體，所述第二多孔結構彈性體具有不同于第一彈性模量的第二彈性模量。

所述的基于混合響應的柔性電容傳感器中，第一電極層和/或第二電極層包括浸染了第一復合導電溶液的無塵紙基體，所述第一復合導電溶液為包括多壁碳納米管和聚氧化乙烯顆粒的石墨烯溶液。

所述的基于混合響應的柔性電容傳感器中，所述介電層包括聚乙烯發泡棉和浸染了第二復合導電溶液的仿絲瓜聚氨酯海綿，其中第二復合導電溶液還包括多壁碳納米管和聚氧化乙烯顆粒的石墨烯溶液以及銀納米線溶液。

所述的基于混合響應的柔性電容傳感器中，所述第一復合導電溶液中，石墨烯溶液和多壁碳納米管顆粒的質量比為1：0.2，聚氧化乙烯顆粒的質量恒定為0.05g，第二復合導電溶液中，石墨烯溶液、多壁碳納米管顆粒、銀納米線顆粒質量比為1：0.2：0.2，聚氧化乙烯顆粒質量恒定為0.05g。

所述的基于混合響應的柔性電容傳感器中，所述第一多孔結構彈性體和/或第二多孔結構彈性體包括聚乙烯發泡棉或仿絲瓜聚氨酯海綿,所述仿絲瓜聚氨酯海綿經由水溶性殼聚糖溶液浸染。

所述的基于混合響應的柔性電容傳感器中，所述第一彈性模量大于第二彈性模量至少一個數量級。

所述的基于混合響應的柔性電容傳感器的制備方法包括以下步驟，

將無塵紙在去離子水和無水乙醇中清洗后去除雜質；

將導電顆粒和溶液混合攪拌后超聲破碎得到第一復合導電溶液；

將無塵紙在第一復合導電溶液中浸染后得到導電的無塵紙電極作為第一電極層和第二電極層；

將聚乙烯發泡棉和仿絲瓜聚氨酯海綿在去離子水和無水乙醇中清洗后去除雜質；