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一种纱线状湿度传感器制造技术

技术编号:20158905 阅读:34 留言:0更新日期:2019-01-19 00:11
本发明专利技术提供一种纱线状湿度传感器,涉及柔性传感器领域。其包括包括第一电极、第二电极和作为感应湿度变化的敏感材料,所述第一电极为金属丝或导电纱线,所述导电纱线包括基底纱线和包覆在所述基底纱线表面的导电材料层;所述第一电极、所述敏感材料和所述第二电极制成双轴湿度传感器或单轴湿度传感器。该纱线状湿度传感器具备结构设计合理、制备方法简单、灵敏度高等优点,通过该纱线状湿度传感器与织物的良好织造结合,可用于检测人体生理健康信号、人体出汗状况及呼吸测试等,切实拓宽柔性智能可穿戴领域的测试范围。

【技术实现步骤摘要】
一种纱线状湿度传感器
本专利技术涉及柔性传感器领域,且特别涉及一种纱线状湿度传感器。
技术介绍
柔性可穿戴传感器的主要作用在于检测人体各类生理及活动信号,在人体健康监测、人体运动监测、人体汗液监测、呼吸监测等多领域广泛应用。湿度传感器的柔性化有利于人体信号采集的持久性及舒适性,柔性湿度传感器用于监测人体汗液、呼吸及周围环境舒适性,具有传统传感器所不具备的优点。传统湿度传感器为硬质传感器,由于其自身的刚性特点将其应用于人体信号的收集具有一定的限制性。例如,不能将刚性传感器通过织造方法融入纺织品中,因此与人体的贴合力不足。而如专利CN108169295A以及CN204514847U制备的膜状柔性湿度传感器,因其形状特点,也不容易将此类传感器按照编织方法织入织物中,且也不能很好的与织物贴合,故不能很好的体现柔性湿度传感器的应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纱线状湿度传感器,此纱线状湿度传感器具有纱线结构,具有良好的柔性,且灵敏度高,可通过纺织方法将该传感器织入织物中。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纱线状湿度传感器,包括第一电极、第二电极和作为感应湿度变化的敏感材料,所述第一电极为金属丝或导电纱线,所述导电纱线包括基底纱线和包覆在所述基底纱线表面的导电材料层;所述第一电极、所述敏感材料和所述第二电极制成双轴湿度传感器或单轴湿度传感器。其中,所述双轴湿度传感器按以下步骤制备:在所述第一电极表面涂覆或缠绕所述敏感材料,得到预制体;将所述第二电极按照与所述第一电极平行的方向与所述预制体贴合,然后在相互贴合的所述预制体和所述第二电极的表面涂覆或缠绕所述敏感材料,得到所述双轴湿度传感器,其中,所述第二电极为金属丝或导电纱线。所述单轴湿度传感器按以下步骤制备:在所述第一电极表面涂覆所述敏感材料,得到预制体,然后在所述预制体的部分表面形成所述第二电极,得到所述单轴湿度传感器,其中,所述第二电极为层状电极或线状电极。进一步地,所述基底纱线选自天然纤维纱线和化学纤维纱线中的一种。进一步地,所述导电材料层为第一导电材料浸涂、涂覆或电镀在所述基底纱线上形成的包覆层;所述第一导电材料选自银纳米线、碳材料、离子液体、导电高分子材料中的一种;所述碳材料选自石墨烯、单壁碳纳米管和多壁碳管中的一种;所述导电高分子材料选自聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺衍生物、聚噻吩衍生物和聚吡咯衍生物中的一种或多种。进一步地,所述敏感材料为含湿敏材料的湿敏溶液或湿敏纱线;其中,所述湿敏材料为金属氧化物湿敏材料、硅湿敏材料、陶瓷湿敏材料、湿敏高分子聚合物和复合湿敏材料中的一种,其中,所述复合湿敏材料为湿敏高分子聚合物与第二导电材料的复合物,所述湿敏高分子聚合物选自聚酰亚胺、聚苯乙烯、羧甲基纤维素和羟乙基纤维素中的至少一种;所述第二导电材料选自炭黑、石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、金属纳米粒子和金属纳米线中的一种或多种。进一步地,所述双轴湿度传感器按以下步骤制备:所述第一电极与所述第二电极均为金属丝或均为导电纱线;所述敏感材料为湿敏纱线或功能化纱线,在所述第一电极表面缠绕所述湿敏纱线或所述功能化纱线,得到预制体;将所述第二电极按照与所述第一电极平行的方向与所述预制体贴合,然后在相互贴合的所述预制体和所述第二电极的表面缠绕所述湿敏纱线或所述功能化纱线,得到双轴包缠湿度传感器。进一步地,所述双轴湿度传感器按以下步骤制备:所述第一电极与所述第二电极均为金属丝或均为导电纱线;所述敏感材料为湿敏溶液;将所述湿敏溶液浸涂或涂覆在所述第一电极表面,得到预制体;将所述第二电极按照与所述第一电极平行的方向与所述预制体贴合,然后在相互贴合的所述预制体和所述第二电极的表面再次浸涂或涂覆所述湿敏溶液,得到双轴浸涂湿度传感器。进一步地,所述单轴湿度传感器按以下步骤制备:所述敏感材料为湿敏溶液,在所述第一电极表面涂覆所述湿敏溶液,得到预制体,然后以第一导电材料为原料,通过丝网印刷法、喷墨打印法、蒸镀法、磁控溅射法、浸渍法或滴涂法在所述预制体的部分表面形成层状的第二电极,得到单轴涂覆湿度传感器;其中,所述敏感材料涂覆长度为1~5cm。进一步地,所述第一电极与所述敏感材料之间还设有所述基底纱线,先将所述基底纱线缠绕在所述第一电极上,然后再涂覆所述湿敏溶液。进一步地,所述单轴湿度传感器按以下步骤制备:所述第二电极为金属丝,或为导电纱线,所述敏感材料为湿敏溶液;在所述第一电极表面涂覆所述湿敏溶液,得到预制体,而后第二电极按“S”型或“Z”型缠绕在所述第一电极上形成单轴包缠湿度传感器;其中,所述第二电极的缠绕间距为0.1~0.5cm。进一步地,所述第一电极的直径为100-1000um。本专利技术提供的一种纱线状湿度传感器的有益效果是:(1)本专利技术制备的纱线状湿度传感器,通过电极材料、敏感材料以及结构设计的有效结合,可得到双轴湿度传感器或单轴湿度传感器这两大类的纱线状传感器。双轴湿度传感器制备方法简单、设备要求较低,只需将敏感材料作为两个纱线状电极间的介电材料,防止两根电极材料相互接触,就可制成高灵敏度的纱线状传感器。单轴湿度传感器在双轴湿度传感器的基础上做了进一步的改进,将纱线状湿度传感器的直径进一步减小,易于后期布面织造的平整性。(2)本专利技术提供的纱线状湿度传感器,通过电极材料、敏感材料、基底材料的合理设计及选择,使其具有良好的柔性,得到的湿度传感器具有高灵敏性的同时,能符合目前纺织加工设备的加工条件,通过纺织织造方法将该传感器织入织物,可用于检测人体生理健康信号、人体出汗状况及呼吸测试等,切实拓宽柔性智能可穿戴领域的测试范围。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1提供的纱线状湿度传感器的结构示意图;图2为实施例2提供的纱线状湿度传感器的结构示意图;图3为实施例3提供的纱线状湿度传感器的结构示意图;图4为实施例4提供的纱线状湿度传感器的结构示意图;图5为本专利技术实施例1所用的异形截面功能化纱线SEM扫描电镜图;图6为实施例1提供的纱线状湿度传感器在不同湿度条件下电容变化曲线;图7为实施例2提供的纱线状湿度传感器在不同湿度条件下电容变化曲线;图8为实施例3提供的纱线状湿度传感器的多次呼吸测试曲线;图9为实施例4提供的纱线状湿度传感器不同湿度条件下电阻变化曲线。图标:1-第一电极;2-第二电极;3-敏感材料;4-基底纱线。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一种纱线状湿度传感器进行具体说明。本专利技术实施例提供的一种纱线状湿度传感器,包括第一电极1、第二电极2和作为感应湿度变化的敏感材料3,所述第一电极1为金属丝或导电纱线,所述导电纱线包括基底纱线4和包覆在所述基底纱线4表面的导电材料层;本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纱线状湿度传感器,包括第一电极、第二电极和作为感应湿度变化的敏感材料,其特征在于,所述第一电极为金属丝或导电纱线,所述导电纱线包括基底纱线和包覆在所述基底纱线表面的导电材料层;所述第一电极、所述敏感材料和所述第二电极制成双轴湿度传感器或单轴湿度传感器;其中,所述双轴湿度传感器按以下步骤制备:在所述第一电极表面涂覆或缠绕所述敏感材料,得到预制体;将所述第二电极按照与所述第一电极平行的方向与所述预制体贴合,然后在相互贴合的所述预制体和所述第二电极的表面涂覆或缠绕所述敏感材料,得到所述双轴湿度传感器,其中,所述第二电极为金属丝或导电纱线;所述单轴湿度传感器按以下步骤制备:在所述第一电极表面涂覆所述敏感材料,得到预制体,然后在所述预制体的部分表面形成所述第二电极,得到所述单轴湿度传感器,其中,所述第二电极为层状电极或线状电极。

【技术特征摘要】
1.一种纱线状湿度传感器,包括第一电极、第二电极和作为感应湿度变化的敏感材料,其特征在于,所述第一电极为金属丝或导电纱线,所述导电纱线包括基底纱线和包覆在所述基底纱线表面的导电材料层;所述第一电极、所述敏感材料和所述第二电极制成双轴湿度传感器或单轴湿度传感器;其中,所述双轴湿度传感器按以下步骤制备:在所述第一电极表面涂覆或缠绕所述敏感材料,得到预制体;将所述第二电极按照与所述第一电极平行的方向与所述预制体贴合,然后在相互贴合的所述预制体和所述第二电极的表面涂覆或缠绕所述敏感材料,得到所述双轴湿度传感器,其中,所述第二电极为金属丝或导电纱线;所述单轴湿度传感器按以下步骤制备:在所述第一电极表面涂覆所述敏感材料,得到预制体,然后在所述预制体的部分表面形成所述第二电极,得到所述单轴湿度传感器,其中,所述第二电极为层状电极或线状电极。2.根据权利要求1所述的纱线状湿度传感器,其特征在于,所述基底纱线选自天然纤维纱线和化学纤维纱线中的一种。3.根据权利要求1所述的纱线状湿度传感器,其特征在于,所述导电材料层为第一导电材料浸涂、涂覆或电镀在所述基底纱线上形成的包覆层;所述第一导电材料选自银纳米线、碳材料、离子液体、导电高分子材料中的一种;所述碳材料选自石墨烯、单壁碳纳米管和多壁碳管中的一种;所述导电高分子材料选自聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺衍生物、聚噻吩衍生物和聚吡咯衍生物中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的纱线状湿度传感器,其特征在于,所述敏感材料为含湿敏材料的湿敏溶液或湿敏纱线;其中,所述湿敏材料为金属氧化物湿敏材料、硅湿敏材料、陶瓷湿敏材料、湿敏高分子聚合物和复合湿敏材料中的一种,其中,所述复合湿敏材料为所述湿敏高分子聚合物与第二导电材料的复合物,所述湿敏高分子聚合物选自聚酰亚胺、聚苯乙烯、羧甲基纤维素和羟乙基纤维素中的至少一种;所述第二导电材料选自炭黑、石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、金属纳米粒子和金属纳米线中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的纱线状湿...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘向阳马丽芸吴荣辉
申请(专利权)人:厦门大学
类型:发明
国别省市:福建,35

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