一种基于AgVO3纳米线的呼吸传感器及其制备方法技术

一种基于AgVO3纳米线的呼吸传感器及其制备方法，属于功能材料制备技术领域。该呼吸传感器包括四层结构，自下而上依次为柔性基板、电极层、AgVO3纳米线功能层和封装层，该传感器选取弹性模量为1GPa～4GPa的有机材料作为柔性基板，在其上采用光刻工艺形成电极层，然后在电极层上涂覆AgVO3纳米线功能层，最后采用医用敷料封装，得到了柔性的呼吸传感器。本发明专利技术呼吸传感器采用多层的层叠结构，柔性基板具有可弯折性和抗拉伸性，保证了传感器的性能稳定；同时，与现有呼吸监测器件相比，本发明专利技术呼吸传感器能够检测到的呼吸强度变化范围大，灵敏度高，具有良好的工艺可控性和重复性，有利于实现大规模批量化生产。

A respiratory sensor based on AgVO3 nanowires and its preparation method

A breathing sensor based on AgVO3 nanowire and a preparation method are provided, which belong to the technical field of functional materials preparation. The respiratory sensor consists of four layers, from bottom to top for flexible substrate, electrode layer, AgVO3 nanowires function and the encapsulation layer, the organic material of the sensor selection of the elastic modulus is 1GPa ~ 4GPa as a flexible substrate, using a photolithography process on the electrode layer is formed on the electrode layer, and then coated with AgVO3 nano wire layer finally, the medical dressing package, the flexible respiration transducer. The invention adopts multilayer laminated structure of respiratory sensor, flexible substrate with bending and tensile, ensure the stable performance of the sensor; at the same time, compared with the existing respiratory monitor, respiratory intensity changes in the scope of the present invention can detect the respiration sensor, with high sensitivity, good repeatability and controllability of the process. That is conducive to the realization of large-scale mass production.

【技术实现步骤摘要】
一种基于AgVO3纳米线的呼吸传感器及其制备方法
本专利技术涉及功能材料制备
，具体涉及一种基于AgVO3纳米线材料的制备方法，以及包括基于AgVO3纳米线呼吸传感器的结构制作以及对人体呼吸作用的测试方法。
技术介绍
钒酸银材料是一类广泛应用于光学、电学和催化等方面的功能材料，根据银、钒、氧配比的不同，会形成不同的组成和结构，例如AgVO3、Ag3VO4、Ag2V4O11等。其中，AgVO3作为钒酸银系列化合物中较简单的化合物，其制备过程简单，且形成的相十分稳定，具有广泛的应用前景。呼吸是人类赖以生存的基础，同时人体呼吸的强弱和频率等信息与人体各种生理信息密切相关，例如，与病人相比，正常人体的呼吸频率和呼吸强度均低于病人。这就表明对呼吸频率及强度进行检测，能够有助于及时检测出人体健康变化状况，对呼吸功能障碍等疾病起到预警作用。目前，常用的呼吸检测方法有：对呼吸伸缩动作的应变进行测量；对呼吸气体进出气的压力变化进行测量；以及对呼吸进出气的温度进行测量。AgVO3作为一种性能优良的材料，如果能应用于柔性的气体传感器上用于呼吸监测将会对人体的健康监测具有重大的意义。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于AgVO3纳米线的呼吸传感器及其制备方法，该呼吸传感器采用非侵入式的呼吸探测方式，长期监测也不会造成人体异物感带来的不舒适，并且对呼吸频率、呼吸强度等都具有监测作用。本专利技术的技术方案如下：一种基于AgVO3纳米线的呼吸传感器，包括四层结构，自下而上依次为柔性基板、电极层、功能层和封装层，其中，所述功能层为AgVO3纳米线。进一步地，所述柔性基板为弹性模量为1GPa～4GPa的有机材料，具体为聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等；所述柔性基板的厚度为20～50μm。进一步地，所述电极层为叉指电极、平行电极等，电极之间的间距为50～200μm；所述电极层的材料为金、铂等导电材料，厚度为90～120nm。进一步地，所述AgVO3纳米线功能层采用如下步骤制备得到：a.分别配制0.02～0.03mol/L的偏钒酸铵(NH4VO3)溶液和0.02～0.03mol/L的硝酸银(AgNO3)溶液；b.按照摩尔比V：Ag＝1:1的比例，将偏钒酸铵溶液和硝酸银溶液混合，并在80～90℃的水浴加热环境下搅拌均匀；c.将步骤b搅拌均匀后的溶液转移到反应釜中，在180～190℃下反应12～24h，取出的样品在60～80℃下烘干，即可得到AgVO3纳米线；d.将步骤c得到的AgVO3纳米线按照0.5gAgVO3加入10～15mL去离子水中的比例分散于去离子水中，形成AgVO3纳米线分散液，然后均匀涂覆于电极层上，在60～80℃下烘干，得到呼吸传感器的功能层。进一步地，所述封装层为医用敷料，例如多聚膜类敷料、水胶体类敷料等可以透过氧气、水蒸气而阻挡颗粒性物质的薄膜。由于医用敷料具有氧气、水蒸气等气体可以自由通过，而环境中的颗粒性物质不能通过的特点，因此可以很好地隔绝AgVO3纳米线功能层与外界环境，防止AgVO3纳米线被人体吸入带来的危害。一种基于AgVO3纳米线的呼吸传感器的制备方法，包括以下步骤：步骤1、柔性基板的准备：选取弹性模量为1GPa～4GPa的有机材料，例如聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等作为柔性基板；步骤2、电极层的制备：采用光刻工艺在柔性基板上制备叉指电极或平行电极，作为电极层；步骤3、功能层的制备：采用水热法制备AgVO3纳米线，配制成分散液后涂覆于步骤2得到的电极层上，烘干，形成呼吸传感器的功能层；步骤4、封装，得到基于AgVO3纳米线的呼吸传感器。进一步地，步骤3所述功能层的制备过程具体为：a.分别配制0.02～0.03mol/L的偏钒酸铵(NH4VO3)溶液和0.02～0.03mol/L的硝酸银(AgNO3)溶液；b.按照摩尔比V：Ag＝1:1的比例，将偏钒酸铵溶液和硝酸银溶液混合，并在80～90℃的水浴加热环境下搅拌均匀；c.将步骤b搅拌均匀后的溶液转移到反应釜中，在180～190℃下反应12～24h，取出的样品在60～80℃下烘干，即可得到AgVO3纳米线；d.将步骤c得到的AgVO3纳米线按照0.5gAgVO3加入10～15mL去离子水中的比例分散于去离子水中，形成AgVO3纳米线分散液，然后均匀涂覆于步骤2得到的电极层上，在60～80℃下烘干，得到呼吸传感器的功能层。进一步地，步骤4所述封装采用医用敷料，例如多聚膜类敷料、水胶体类敷料等可以透过氧气、水蒸气而阻挡颗粒性物质的材料。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种柔性可穿戴的呼吸传感器及其制备方法，该传感器选取弹性模量为1GPa～4GPa的有机材料作为柔性基板，在其上采用光刻工艺形成电极层，然后在电极层上涂覆AgVO3纳米线功能层，最后采用医用敷料封装，得到了柔性的呼吸传感器。本专利技术呼吸传感器采用多层的层叠结构，柔性基板具有可弯折性和抗拉伸性，保证了传感器的性能稳定；同时，与现有呼吸监测器件相比，本专利技术呼吸传感器能够检测到的呼吸强度变化范围大，灵敏度高，具有良好的工艺可控性和重复性，有利于实现大规模批量化生产。附图说明图1为本专利技术提供的基于AgVO3纳米线的呼吸传感器的结构示意图；图2为实施例呼吸传感器的制备方法流程示意图；图3为实施例呼吸传感器的电阻-温度变化曲线；图4为实施例呼吸传感器的电阻-湿度变化曲线；图5为实施例得到的基于AgVO3纳米线的呼吸传感器对正常呼吸的电阻变化响应曲线；图6为实施例得到的基于AgVO3纳米线的呼吸传感器对呼吸过缓以及呼吸过速的电阻变化响应曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例，详述本专利技术的技术方案。实施例一种基于AgVO3纳米线的呼吸传感器的制备方法，包括以下步骤：步骤1、柔性基板的制备：将25μm厚的聚酰亚胺(PI)薄膜切割为尺寸为5×10mm2的大小，并将PI薄膜用胶带贴附于玻璃片上，玻璃片作为硬基板，起到支撑的作用；步骤2、电极层的制备：采用光刻工艺在步骤1的PI薄膜上制备叉指电极图形，其中，电极间距为100μm，叉指指数为5，电极大小为3×5mm2；然后采用磁控溅射法沉积厚度为100nm的金膜，丙酮清洗后得到金叉指电极，作为电极层；步骤3、呼吸传感器功能层的制备：a.在常温下分别配制0.025mol/L的偏钒酸铵(NH4VO3)溶液240mL和0.025mol/L的硝酸银(AgNO3)溶液240mL，在80℃的环境下将两种溶液混合并搅拌均匀；b.将搅拌均匀后的溶液转移到反应釜中，在180℃下反应16h，取出的样品在70℃下烘干，即可得到AgVO3纳米线；c.取0.5g步骤b得到的AgVO3纳米线研磨成粉末状结构，加入10mL去离子水中，超声5min形成均匀的AgVO3纳米线分散液，呈淡黄色均匀溶液状态；d.将步骤2得到的带金叉指电极的PI薄膜置于烘台上(JB-1B)，80℃恒温，将上步配制的AgVO3纳米线分散液取1mL滴于金叉指电极上，在70℃下烘干，得到呼吸传感器的功能层。步骤4、封装：将金叉指电极的两端引出互联导线，将多聚膜类敷料(3MTegaderm)切割为5×10mm2大小覆盖在呼吸传感器表面，然后将整个柔性器件从玻璃片上取下，即得到基于AgVO3纳米线的呼吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于AgVO3纳米线的呼吸传感器，包括四层结构，自下而上依次为柔性基板、电极层、功能层和封装层，其中，所述功能层为AgVO3纳米线。

【技术特征摘要】
1.一种基于AgVO3纳米线的呼吸传感器，包括四层结构，自下而上依次为柔性基板、电极层、功能层和封装层，其中，所述功能层为AgVO3纳米线。2.根据权利要求1所述的基于AgVO3纳米线的呼吸传感器，其特征在于，所述柔性基板为弹性模量为1GPa～4GPa的有机材料，具体为聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯。3.根据权利要求1所述的基于AgVO3纳米线的呼吸传感器，其特征在于，所述柔性基板的厚度为20～50μm。4.根据权利要求1所述的基于AgVO3纳米线的呼吸传感器，其特征在于，所述电极层为叉指电极或平行电极，电极层的材料为金或铂，厚度为90～120nm。5.根据权利要求1所述的基于AgVO3纳米线的呼吸传感器，其特征在于，所述AgVO3纳米线功能层采用如下步骤制备得到：a.分别配制0.02～0.03mol/L的偏钒酸铵溶液和0.02～0.03mol/L的硝酸银溶液；b.按照摩尔比V：Ag＝1:1的比例，将偏钒酸铵溶液和硝酸银溶液混合，并在80～90℃的水浴加热环境下搅拌均匀；c.将步骤b搅拌均匀后的溶液转移到反应釜中，在180～190℃下反应12～24h，取出的样品在60～80℃下烘干，即可得到AgVO3纳米线；d.将步骤c得到的AgVO3纳米线按照0.5gAgVO3加入10～15mL去离子水中的比例分散于去离子水中，形成AgVO3纳米线分散液，然后均匀涂覆于电极层上，在60～80℃下烘干，得到呼吸传感器的功能层。6.根据权利要求1所述的基于AgVO3纳米线的呼吸传感器，其特征在于，所述封装层为可透过氧气或...

【专利技术属性】
技术研发人员：林媛，廖非易，张尚杰，姚光，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51