一种柔性可贴附的压力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种柔性可贴附的压力传感器及其制备方法，涉及传感器技术领域。传感器包括上下两层复合层以及设置在两层复合层中间的柔性敏感层。复合层包括柔性基材层和附着在柔性基材层上的柔性导电层，柔性导电层为银包覆的纳米纤维网薄膜。制备方法为：通过静电纺丝获得聚合物纳米纤维网并在其表面形成银包覆，得到银包覆的纳米纤维网薄膜；以一层或多层的纳米纤维网薄膜作为柔性导电层，在其上附着柔性导电层，形成复合层；在复合层的表面形成柔性敏感层，然后再在柔性敏感层的另一表面覆盖复合层，形成三明治结构的压力传感器。传感器柔软质轻、生物相容性好，可以被加工成多种形状，具有可穿戴、可贴附的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性可贴附的压力传感器及其制备方法
本专利技术涉及传感器
，且特别涉及一种柔性可贴附的压力传感器及其制备方法。
技术介绍
进入二十一世纪以来，柔性电子学的发展突飞猛进，尤其是电子皮肤和可贴附电子器件在消费电子产品、医疗健康、军事等等领域表现出相当大的应用潜力。制备具有高灵敏度，高稳定性及生物相容不引起皮肤炎症和排斥的新型可穿戴、可贴附电子皮肤或者柔性电子器件的研究受到国内外广大科研工作者的关注，并且逐渐成为重要的前言研究领域之一。柔性压力传感器是一种能在压力作用下发生形变，并将形变通过电信号的形式表现出来的新型传感器，由于其具有如人体皮肤一样对外界的感知能力，因此往往被用于仿生电子皮肤系统。柔性传感器相对于传统传感器，具有柔性化，可拉伸，灵敏度高等性能，因此受到了人们的广泛关注，被广泛的应用于机器人、可穿戴设备、人机交互等领域。为了能够满足目前的科技发展，能够精确测量人体行为和动作数据，电子皮肤或电子器件对其本身的柔韧性、准确性、稳定性、灵敏性等参数指标的要求越来越高，同时导致对压力传感器的性能指标要求也越来越严格。传统的传感器具有大体积弱功能很难满足上述要求，因此，它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代。目前，文献报道的如美国斯坦福大学的鲍哲南教授课题组利用微结构(三角锥，纳米线)制备压力传感器，虽然这种传感器具有较高的灵敏度但是其检测范围较小(<1kpa),因此压力与电信号改变的线性区域较窄，即该压力传感器的稳定性不好。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种柔性可贴附的压力传感器，此压力传感器柔韧性好、稳定性好、灵敏度高，具有较低检测限和较宽检测范围。本专利技术的另一目的在于提供一种柔性可贴附的压力传感器的制备方法，操作方便、各项参数容易控制，适合大规模工业化生产。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提出一种柔性可贴附的压力传感器，包括上下两层复合层以及设置在两层所述复合层中间的柔性敏感层，所述复合层包括柔性基材层和附着在所述柔性基材层上的柔性导电层，所述柔性导电层为银包覆的纳米纤维网薄膜；两层所述柔性导电层分别配置在所述柔性敏感层的上下表面，且在两层所述柔性导电层的表面分别引出至少一条电极。本专利技术提出一种柔性可贴付的压力传感器的制备方法，包括以下步骤：S1，通过静电纺丝获得聚合物纳米纤维网，在所述聚合物纳米纤维网的表面形成银包覆，得到银包覆的纳米纤维网薄膜；S2，以一层或多层的纳米纤维网薄膜作为柔性导电层，分别在两片柔性基材层的表面附着所述柔性导电层，形成复合层；S3，在一层所述复合层的表面形成一层柔性敏感层，然后再在所述柔性敏感层的表面覆盖一层所述复合层，且使所述柔性敏感层夹设两层所述柔性导电层之间。本专利技术实施例的柔性可贴付的压力传感器及其制备方法的有益效果是：本专利技术实施例的压力传感器采用柔性敏感层、柔性导电层以及柔性基材层，形成柔性导电层、柔性基材层将柔性敏感层夹设在中间的三明治结构的电容式压力传感器。所有结构均为柔性材料，轻薄可贴附，可贴附在皮肤上，用于脉搏检测、血压检测、生理体征检测(如心率和呼吸频率)、体温监测、运动检测等。以银包覆的纳米纤维网薄膜作为导电层，稳定性好，且极大扩展了压力传感器的检测范围。柔性敏感层具有生物相容性好、弹性好、模量低和恢复性好等优点，所以具有较高的灵敏度，外界压力对材料形变的线性范围较宽，所以压力与传感器电信号变化的线性区域较大。稳定性优良的柔性敏感层再结合柔性基材层和柔性导电层时，很容易形成稳定的整体而加工制作成具有最佳性能的轻薄可贴附柔性压力传感器。此外，该压力传感器原料低廉、工艺简单、操作方便、各项参数容易控制，通过静电纺丝容易得到具有三维结构的纳米纤维网薄膜，灵敏度高，外界压力对材料形变的线性范围宽。还可以通过控制柔性导电层的层数控制柔性导电层的导电性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例的压力传感器的组合状态的结构示意图；图2为本专利技术实施例的压力传感器分解状态的结构示意图；图3为本专利技术实施例的压力传感器的SEM扫描电镜图；图4为本专利技术实施例的压力传感器灵敏度和测量范围图；图5为本专利技术实施例的压力传感器监测手臂弯曲图。图表：10-复合层；11-柔性基材层；12-柔性导电层；20-柔性敏感层；30-电极。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的柔性可贴付的压力传感器及其制备方法进行具体说明。本专利技术实施例提供一种柔性可贴附的压力传感器，包括上下两层复合层10以及设置在两层复合层中间的柔性敏感层20。复合层10包括柔性基材层11和附着在柔性基材层11上的柔性导电层12。两层柔性导电层12分别配置在柔性敏感层20的上下表面，且在两层柔性导电层12的表面分别引出至少一条电极30。进一步地，柔性导电层为银包覆的纳米纤维网薄膜。在纳米纤维网上形成银纳米线，韧性高，抗拉强度好，能够有效避免银纳米线脱落等问题。进一步地，柔性基材层为选自丝素蛋白膜、丝素蛋白-聚合物复合膜的一种或多种。丝素蛋白是一种天然的生物蛋白质，具有良好的生物相容性、生物降解性和光学性能，将丝素蛋白与聚合物结合，制作以丝素蛋白为基底的柔性基材层，具有对皮肤刺激性小，柔软性好、创面细胞生长速度快、价格便宜等优点。进一步地，本实施例中，以丝素蛋白-聚合物复合膜作为柔性导电层的材料，相比于单一的丝素蛋白膜，丝素蛋白-聚合物复合膜的力学强度更好，既保持了丝素蛋白的生物活性，由具备聚合物良好的韧性和力学强度。进一步优选地，丝素蛋白-聚合物复合膜为丝素蛋白-水性聚氨酯复合膜。本实施例中，丝素蛋白膜、丝素蛋白-聚合物复合膜采用流延成膜法制备，步骤为：配置成膜溶液，成膜溶液为丝素蛋白溶液或丝素蛋白-聚合物混合溶液，并将成膜溶液分散在基底表面，形成丝素蛋白膜、丝素蛋白-聚合物复合膜。优选地，丝素蛋白溶液的制备方法为：将天然蚕茧利用质量分数为0.5～1％的Na2CO3溶液脱胶处理得到干净的丝素蛋白纤维，然后利用8～10mol/L的LiBr溶液溶解后透析得到丝素蛋白溶液。优选地，丝素蛋白溶液中含有质量分数为5～10％的丝素蛋白。将上述的丝素蛋白溶液与水性聚氨酯溶液与水性聚氨酯按照5～1:1的质量比混合后，加入塑化剂，超声处理5～10min，得到丝素蛋白-聚合物混合溶液。优选地，塑化剂为质量分数为0.1～1％的丙三醇。获得成膜溶液后，采用流延浇筑法在基底上浇筑成膜溶液，然后置于温度为30-50℃、相对湿度为50-70％的条件下静置3～5h后，成膜溶液干燥固化得到柔性丝素蛋白膜或丝素蛋白-聚合物复合膜。优选地，柔性基材层的厚度为80-120μm。进一步地，本实施例中，丝素蛋白膜或丝素蛋白-聚合物复合膜的分离方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性可贴附的压力传感器，其特征在于，包括上下两层复合层以及设置在两层所述复合层中间的柔性敏感层，所述复合层包括柔性基材层和附着在所述柔性基材层上的柔性导电层，所述柔性导电层为银包覆的纳米纤维网薄膜；两层所述柔性导电层分别配置在所述柔性敏感层的上下表面，且在两层所述柔性导电层的表面分别引出至少一条电极。

【技术特征摘要】
1.一种柔性可贴附的压力传感器，其特征在于，包括上下两层复合层以及设置在两层所述复合层中间的柔性敏感层，所述复合层包括柔性基材层和附着在所述柔性基材层上的柔性导电层，所述柔性导电层为银包覆的纳米纤维网薄膜；两层所述柔性导电层分别配置在所述柔性敏感层的上下表面，且在两层所述柔性导电层的表面分别引出至少一条电极。2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述柔性基材层选自丝素蛋白膜、丝素蛋白-聚合物复合膜的一种或多种。3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述柔性敏感层选自聚酰亚胺、聚酯、聚乙二醇、SEBS、聚二甲基硅烷、Ecoflex中的一种。4.一种柔性可贴付的压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，通过静电纺丝获得聚合物纳米纤维网，在所述聚合物纳米纤维网的表面形成银包覆，得到银包覆的纳米纤维网薄膜；S2，以一层或多层的纳米纤维网薄膜作为柔性导电层，分别在两片柔性基材层的表面附着所述柔性导电层，形成复合层；S3，在一层所述复合层的表面形成一层柔性敏感层，然后再在所述柔性敏感层的表面覆盖一层所述复合层，且使所述柔性敏感层夹设两层所述柔性导电层之...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向阳，厚琛，郭文熹，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35