基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元，棉布层由两片PDMS柔性衬底夹持固定，棉布层的两侧边有覆有金膜的导电胶布作为引出电极。制备步骤如下：将棉布纺织品切割成所需尺寸，然后置于温度为600～800 ℃的氩气环境下煅烧25～35 min；将作为引出电极的两片覆有金膜的导电胶布分别连接在碳化后的棉布的两侧边，将棉布和覆有金膜的导电胶布平铺紧贴在PDMS柔性衬底上；将棉布和覆有金膜的导电胶布及PDMS柔性衬底置于60～70 ℃的大气环境下烘干8～12 min；将另一片PDMS柔性衬底紧贴在棉布和覆有金膜的导电胶布的另一面；将层状结构整体置于60～70℃的大气环境下烘干8～12 min，得基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种制备柔性可穿戴应力应力传感基本单元及其制备方法，尤其是一种以棉布等常见纺织品为基础的，低成本，工艺简单，稳定性好的可穿戴应力传感基本单元及其制备方法。
技术介绍
柔性可穿戴应力传感器是一种新型的应力传感器，可用于软机器人技术、可触摸显示屏、医疗设备、电子皮肤和能源采集等领域。目前，应力传感器主要依托在应力或应变下的电阻和电容的变化、压阻和压电效应、摩擦电效应等。依靠金属在应变下的电阻变化和半导体的压阻效应的传统应力传感器，其应用受到了系统柔性的限制。近年来，包括碳纳米材料、金属纳米颗粒、纳米线和纳米氧化锌在内的各种各样的纳米材料被用于制备柔性应力应变传感器。这种以纳米材料为基础的柔性传感器主要是将纳米材料沉积到柔性衬底上或者是将纳米材料组装成宏观结构。在这类传感器当中，基于电阻变化的传感单元表现出了明显的优势，如制备工艺简单，能耗低等。很多基于电阻变化的应力传感器均以纳米材料的网状结构为基础。在应力下，网状结构的电阻会发生变化。然而，纳米材料网状结构的制备工艺较为复杂，且重复性难以保证。日常所用的纺织物如棉质衣物等，具有天然的网状结构和非常优异的柔性。原始的棉布等纺织品是绝缘材料，在高温碳化后转变为导电性良好的纤维材料。这些特点使得棉布成为柔性传感领域的一种优良备选材料。但是，迄今为止还没有以棉布为基础的柔性压力传感器的相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低成本，低能耗，制备工艺简单，重复性好，稳定性好的基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元及其制备方法，克服现有技术的不足。本专利技术的基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元，包括位于中间层的完全碳化的棉布层，棉布层由两片聚二甲基硅烷柔性衬底夹持固定，在棉布层的两侧边有覆有金膜的导电胶布作为引出电极，覆有金膜的导电胶布位于两片聚二甲基硅烷柔性衬底之间。本专利技术的基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元，其中所述的棉布与带有金膜的导电胶布之间有银胶连接。本专利技术的基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元的制备方法，步骤如下: a.将棉布纺织品切割成所需尺寸，然后置于温度为600?800°C的氩气环境下煅烧25?35 min，获得完全碳化的棉布； b.将作为引出电极的两片覆有金膜的导电胶布分别连接在碳化后的棉布的两侧边处，然后将棉布和覆有金膜的导电胶布平铺紧贴在聚二甲基硅烷柔性衬底上； C.将棉布和覆有金膜的导电胶布及聚二甲基硅烷柔性衬底置于60?70 °C的大气环境下烘干8?12 min； d.将另一片聚二甲基硅烷柔性衬底紧贴在棉布和覆有金膜的导电胶布的另一面，使两片聚二甲基硅烷柔性衬底夹持棉布和覆有金膜的导电胶布的两面，形成层状结构； e.将d步骤获得的层状结构整体置于60?70°C的大气环境下烘干8?12min，得基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元。本专利技术的基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元的制备方法，其中所述的聚二甲基硅烷柔性衬底为半干状态，所述半干状态的聚二甲基硅烷柔性衬底制备方法为:将厚度为300?400 μπι的液体状聚二甲基硅烷放置于55?65 °C的大气环境下烘干15?19min，获得半干状态的聚二甲基硅烷； 所述液体状聚二甲基硅烷中加入固化剂，聚二甲基硅烷和固化剂的质量配比为:10:0.5?1.5 ； 棉布和表面覆有金膜导电胶布用银胶连接。本专利技术是以棉布等常见纺织品为原材料，经过高温碳化后，利用柔性衬底作为保护层和外包装，制成一种高柔性，高灵敏度和稳定性的可穿戴应力传感基本单元。棉布等纺织品具有天然的周期性的网状结构，这为制造重复性好，高灵敏度的传感器提供了优势。棉布、导电胶布和聚二甲基硅烷(PDMS)均属于柔性极好，可任意弯曲的材料，这也为制造可穿戴的传感器提供了可能。产品具备了低成本、低能耗、制备工艺简单、重复性好、稳定性好的优点。【附图说明】图1是碳化后棉布的光学照片； 图2是碳化后棉布的电子显微镜照片； 图3是基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元的结构图； 图4是基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元在压力下的1-V特性曲线和电流的瞬时响应曲线图； 图5是基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元在压力、弯曲和扭转下的相对电阻变化曲线图； 图6是基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元在弯曲下以I秒为周期的100次循环测试曲线图； 图7是基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元在弯曲下以5秒为周期的瞬时响应测试曲线图 图8是基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元在弯曲下的弛豫时间测试曲线图；图9是基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元测量门开合的电流响应曲线图； 图10是基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元测量指关节运动的电流响应曲线图。【具体实施方式】本专利技术的基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元，包括位于中间层的完全碳化的棉布层，棉布层由两片聚二甲基硅烷柔性衬底夹持固定，在棉布层的两侧边有覆有金膜的导电胶布作为引出电极，覆有金膜的导电胶布位于两片聚二甲基硅烷柔性衬底之间。棉布与带有金膜的导电胶布之间有银胶连接。本专利技术的基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元的制备方法，步骤如下: a.将棉布纺织品切割成所需尺寸，然后置于温度为600°C或650°C或700°C或750°C或800°C的氩气环境下煅烧25 min或30 min或35 min，煅烧温度在600?800°C之间均可，煅烧时间在25?35 min之间均可，获得完全碳化的棉布； b.将作为引出电极的两片覆有金膜的导电胶布分别连接在碳化后的棉布的两侧边处，然后将棉布和覆有金膜的导电胶布平铺紧贴在聚二甲基硅烷柔性衬底上； c.将棉布和覆有金膜的导电胶布及聚二甲基硅烷柔性衬底置于60°C或65°C或70°C的大气环境下烘干8 min或9 min或10 min或11 min或12 min，其中温度在60?70 °C之间均可，时间在8?12 min之间均可；， d.将另一片聚二甲基硅烷柔性衬底紧贴在棉布和覆有金膜的当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元，其特征在于：包括位于中间层的完全碳化的棉布层，棉布层由两片聚二甲基硅烷柔性衬底夹持固定，在棉布层的两侧边有覆有金膜的导电胶布作为引出电极，覆有金膜的导电胶布位于两片聚二甲基硅烷柔性衬底之间。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：潘路军，邓承浩，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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