一种柔性脉搏传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性脉搏传感器及其制备方法，柔性脉搏传感器包括柔性基底、部分嵌入柔性基底的碳纳米管‑石墨烯复合薄膜和电极，所述电极位于碳纳米管‑石墨烯复合薄膜两端；柔性基底的厚度为0.8‑1.2mm；初始碳纳米管的透光率为85‑95％，经过化学气相沉积得到的碳纳米管‑石墨烯复合薄膜的透光率为80‑92％。所述柔性脉搏传感器中碳纳米管、石墨烯和柔性基底之间相互协同，使得该柔性脉搏传感器兼具石墨烯和碳纳米管传感器的优点，又避免了各自的不足，增强了应变传感器的力学稳定性，该脉搏传感器在至少10％应变范围内不会失效，并且可以有效捕捉脉搏信号，达到检测的效果。

Flexible pulse sensor and preparation method thereof

The present invention provides a flexible pulse sensor and its preparation method, flexible pulse sensor includes a flexible substrate, the flexible substrate embedded in carbon nanotubes graphene composite film and electrode, the electrode in carbon nanotubes graphene composite film ends; the thickness of flexible substrate is 0.8 1.2mm; light initial carbon nanotubes the rate is 85 95%, light through chemical vapor deposition of carbon nanotubes graphene composite films obtained by the rate of 80 92%. Mutual coordination between the flexible pulse sensor in carbon nanotubes, graphene and flexible substrate, the flexible pulse sensor has the advantages of graphene and carbon nanotube sensors, and avoids their shortcomings, to enhance the mechanical stability of strain sensor, the pulse sensor failure in at least not 10% strain range, and can effectively capture to detect the effect of pulse signals.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性脉搏传感器及其制备方法
本专利技术属于纳米器件
，涉及一种柔性脉搏传感器及其制备方法。
技术介绍
人体脉搏信号的检测对于疾病的及时诊断有着重要的意义。由于脉搏可以引起皮肤表面产生形变，所以可以采用应变传感器对脉搏信号进行检测。然而脉搏引起的应变信号通常十分微弱，因此脉搏传感器需要对小应变有足够高的灵敏度。而在实际检测过程中，由于肌肉的运动会带来较大应变，尽管这些应变信号可以通过滤波的方式得以处理，但是脉搏传感器需要保证在这些应变下不会失效，才能保证日常脉搏测量过程的正常进行。碳纳米材料由于其高的透明度、导电性以及对应变的良好响应，常被用于应变传感器的制备。石墨烯应变传感器有着高灵敏度，通过特殊的结构设计，其应变传感系数(gaugefactor)可以达到100以上。然而这种高灵敏度通常建立在对裂纹等缺陷的引入上，在较大应变时容易产生断裂而失效。碳纳米管薄膜应变传感器是基于在应变下会产生管与管之间的相对滑移，从而在较大的应变范围内产生均匀的结构和电阻变化，实现对应变的测量。然而，在应变回复时，由于一维结构自身的柔性，受到压缩力的碳纳米管会产生弯曲褶皱。而褶皱结构与拉直结构在小应变下的相互转化无法产生单调线性的电阻响应，因此通常很难对微弱的脉搏信号进行有效检测。CN103265013A公开了一种基于柔性基底的石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备方法，该方法依次包括下列步骤：(i)向质量浓度为2mg/mL-8mg/mL的氧化石墨烯水溶液中加入多壁碳纳米管并执行超声分散获得混合液，其中氧化石墨烯与多壁碳纳米管的质量配比为2:1-5:1，将该混合液涂布在纸质基材的表面上并形成一层均匀覆盖的复合膜层，然后执行烘干固化处理，由此获得承载有氧化石墨烯/碳纳米管复合膜层的纸质基材；(ii)在该纸质基材的氧化石墨烯/碳纳米管复合膜层表面上再涂覆一层聚二甲基硅氧烷层，并对其执行固化处理；(iii)将经过步骤(ii)处理后的纸质基材浸泡在质量分数为45％-55％的氢碘酸中执行还原反应，在此还原过程中，纸质基材发生水解同时与氢碘酸反应生成气泡，由此促使与聚二甲基硅氧烷层相结合的石墨烯/碳纳米管复合膜层自动脱离纸质基材，并获得所需的基于聚二甲基硅氧烷柔性基底的石墨烯/碳纳米管复合薄膜产品。但是，基于柔性基底的石墨烯/碳纳米管复合薄膜并没有用于制备柔性脉搏传感器，且没有提供将其用于柔性脉搏传感器的启示，另外，将该基于柔性基底的石墨烯/碳纳米管复合薄膜用作柔性脉搏传感器效果并不理想。CN103922322A公开了一种碳纳米管编织的石墨烯薄膜及其制备方法和在太阳能电池中的应用，该复合薄膜由石墨烯和穿插于其中的网状碳纳米管薄膜组成。其制备方法是首先在生长石墨烯的铜基底上平铺一层网状碳纳米管薄膜，之后在所述铜基底上生长石墨烯，得到碳纳米管编织的石墨烯薄膜。还提供了所述碳纳米管编织的石墨烯薄膜在太阳能电池中的应用。经碳纳米管编织后石墨烯更加稳定，可实现石墨烯直接转移，避免了传统石墨烯转移过程中高分子的引入带来的残胶及石墨烯破损；而且碳纳米管编织的石墨烯较单纯石墨烯有更好的导电率，与硅形成的异质结太阳能电池具有更高的转换效率。该专利仅仅公开了碳纳米管编织的石墨烯薄膜在太阳能电池中的应用，并且其解决的技术问题为提高石墨烯的导电率，并没有研究碳纳米管编制的石墨烯的力学性能。CN104406513A公开了一种石墨烯基表面应变传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)配制氧化石墨烯分散液；(2)将氧化石墨烯分散液喷射在基板上，形成氧化石墨烯薄膜；(3)对氧化石墨烯薄膜进行化学还原或紫外光照射，形成石墨烯薄膜；(4)在石墨烯薄膜的两端，用导电胶接入两根铜电极，在两电极间连接欧姆表；(5)在石墨烯薄膜上继续喷涂或刷涂高分子溶液，形成高分子乳胶膜。所述的氧化石墨烯分散液中含有增强导电材料与纳米级二氧化钛，其中石墨烯与增强导电材料的重量比为3:1-8:1，氧化石墨烯与二氧化钛的重量比为1:2-2:1，增强导电材料为碳纳米管或金属纳米线。但是其有可能能够在一些面积较大结构的健康检测。但是，现有技术中并没有将碳纳米管-石墨烯复合薄膜用作脉搏传感器的相关报道。将碳纳米管-石墨烯复合薄膜用于脉搏传感器需要进一步地研究。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种柔性脉搏传感器及其制备方法，所述柔性脉搏传感器中碳纳米管、石墨烯和柔性基底之间相互协同，使得该柔性脉搏传感器兼具石墨烯和碳纳米管传感器的优点，又避免了各自的不足，增强了应变传感器的力学稳定性，该脉搏传感器在至少10％应变范围内不会失效，并且可以有效捕捉脉搏信号，达到检测的效果。本专利技术所述的柔性脉搏传感器是指能够承受至少10％的拉伸应变，并保持对小应变的电学响应的脉搏传感器。所述柔性基底是指能够承受应变大小不低于30％的基底材料。所述部分嵌入是指嵌入部分不为100％，柔性基底外部还存在碳纳米管-石墨烯复合薄膜。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种柔性脉搏传感器，所述柔性脉搏传感器包括柔性基底、碳纳米管-石墨烯复合薄膜和电极，所述碳纳米管-石墨烯复合薄膜部分嵌入柔性基底表面，所述电极位于碳纳米管-石墨烯复合薄膜两端；所述柔性基底的厚度为0.8-1.2mm，如0.9mm、1.0mm或1.1mm等；所述碳纳米管-石墨烯复合薄膜的透光率为80-92％，如81％、83％、85％、87％、89％或91％等；所述碳纳米管-石墨烯复合薄膜中的碳纳米管的透光率为85-95％，如86％、87％、88％、90％、92％或94％等。采用不转移碳纳米管薄膜的铜片以相同的方法生长纯石墨烯薄膜透过率97％。利用石墨烯对碳纳米管结构的增强作用，可以有效防止碳纳米管薄膜在循环应变下产生弯曲褶皱，从而获得器件对小应变的单调线性响应。此外，碳纳米管的引入，增强了石墨烯在大应变下的稳定性，将碳纳米管-石墨烯复合薄膜部分嵌入柔性基底中能够使基底与导电薄膜具有紧密接触。使得该柔性脉搏传感器兼具石墨烯和碳纳米管传感器的优点，又避免了各自的不足，增强了应变传感器的力学稳定性，该脉搏传感器在至少10％应变范围内不会失效，并且可以有效捕捉脉搏信号，达到检测的效果。所述柔性基底选自聚二甲基硅氧烷(PDMS)和/或Exoflex基底。所述柔性基底还可选自其它基底，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。所述碳纳米管-石墨烯复合薄膜为碳纳米管编织的石墨烯薄膜。优选地，所述碳纳米管-石墨烯复合薄膜通过化学沉积法制备得到，所述化学气相沉积法制备碳纳米管-石墨烯复合薄膜具体为：(1)将透光率为85％-95％的碳纳米管薄膜转移到铜箔表面；(2)将表面铺有碳纳米管薄膜的铜箔放入管式炉中，低压条件下生长石墨烯，得到基底-碳纳米管编织的石墨烯薄膜复合结构。其中，步骤(2)具体为：将步骤(1)所述的铜箔置于管式炉中，抽真空至4.2×10-2-7.6×10-2Torr，通入流量为100-500sccm的氩气和流量为10-80sccm的氢气，30-60min内将管式炉升温至900-1050℃，并继续保温10-60min，然后通入流量为10-30sccm的甲烷，继续反应30-90min。满足本专利技术要求的网状碳纳米管薄膜可以根据现有的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性脉搏传感器，其特征在于，所述柔性脉搏传感器包括柔性基底、碳纳米管‑石墨烯复合薄膜和电极，所述碳纳米管‑石墨烯复合薄膜部分嵌入柔性基底表面，所述电极位于碳纳米管‑石墨烯复合薄膜两端；所述柔性基底的厚度为0.8‑1.2mm；所述碳纳米管‑石墨烯复合薄膜的透光率为80‑92％；所述碳纳米管‑石墨烯复合薄膜中的碳纳米管的透光率为85‑95％。

【技术特征摘要】
1.一种柔性脉搏传感器，其特征在于，所述柔性脉搏传感器包括柔性基底、碳纳米管-石墨烯复合薄膜和电极，所述碳纳米管-石墨烯复合薄膜部分嵌入柔性基底表面，所述电极位于碳纳米管-石墨烯复合薄膜两端；所述柔性基底的厚度为0.8-1.2mm；所述碳纳米管-石墨烯复合薄膜的透光率为80-92％；所述碳纳米管-石墨烯复合薄膜中的碳纳米管的透光率为85-95％。2.根据权利要求1所述的柔性脉搏传感器，其特征在于，所述柔性基底选自聚二甲基硅氧烷和/或Ecoflex基底。3.根据权利要求1或2所述的柔性脉搏传感器，其特征在于，所述碳纳米管-石墨烯复合薄膜为碳纳米管编织的石墨烯薄膜；优选地，所述碳纳米管-石墨烯复合薄膜通过化学沉积法制备得到。4.根据权利要求1-3之一所述的柔性脉搏传感器，其特征在于，所述电极选自金属线，优选为银线。5.根据权利要求1-4之一所述的柔性脉搏传感器，其特征在于，所述电极通过导电胶固定于碳纳米管-石墨烯复合薄膜表面；优选地，所述导电胶选自导电银胶。6.根据权利要求1-5之一所述的柔性脉搏传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)利用化学气相沉积法在铜基底上制备碳纳米管-石墨烯复合薄膜，其中，碳纳米管的透光率为85-95％，得到的碳纳米管-石墨烯复合薄膜的透光率为80-92％；将柔性基底前驱体液与固化剂混合并去除气泡，得到基底液；(2)将铜基底上的碳纳米管-石墨烯复合薄膜覆盖在基底液上，之后，将基底液固化，再去除铜基底，得到部分嵌入柔性基底中的碳纳米管-石墨烯复合薄膜，其中，基底的厚度为0.8-1.2mm；(3)在碳纳米管-石墨烯复合薄膜两端安装电极，得到所述柔性脉搏传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：方英，史济东，李红变，李昕明，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11