The invention discloses a method based on the tensile strain sensor and its preparation method of polyurethane fiber, it is made of polyurethane fiber with inner conductive structure grahene layer and the outer conductive structure of carbon black and single-walled carbon nanotubes co conductive network on the surface of the matrix layer is covered. The strain sensor obtained by the invention has good softness, tensile properties and large scale integration characteristics, and can be used as a wearable device compatible with the skin.
【技术实现步骤摘要】
一种基于聚氨酯纤维的可拉伸应变传感器及其制备方法
本专利技术属于传感器领域,具体涉及一种基于聚氨酯纤维的可拉伸应变传感器及其制备方法。
技术介绍
可穿戴应变传感器作为一种具备高柔性和拉伸性、具有类似人体皮肤触觉功能的传感灵敏度、可实现外界环境信息感知功能的人造柔性电子器件,在人工智能、生物电子和医疗以及人机交互领域具有广泛的应用前景。构想、设计和制备用于人体运动检测、生命体征监测以及声音信号或手势识别的应变传感器最近颇受关注,成为柔性电子、人造皮肤以及医疗保健等领域的研究热点。基于上述应用所使用的传感器必须具有高的拉伸性、柔韧性和良好的灵敏度。仅具有有限拉伸性的金属型和刚性半导体型材料与人体皮肤表面不相容,同时生物学上也不兼容,如JLTanner等人制备出了一种基于铂纳米颗粒的应变传感器,但其刚度很大,无法适用于可穿戴器件的制备。目前,现有可穿戴应变传感器延展性低、耐久性差,限制了其应用。因此,新型柔性基底和敏感材料以及相应的制备方法是值得考虑和探究的。针对可拉伸应变传感器,从基底材料、填料选择以及制备工艺等方面出发,最近国内外研究人员进行了广泛的研究,研制出多种应变传感器。对于一般的弹性体或聚合物基底,金属纳米粒子或纳米线(如银、铜)和碳纳米材料(如炭黑、碳纳米管和石墨烯)通过分散在聚合物基体中或包裹在基底表面上而被广泛使用。XiaohuiGuo等人基于旋涂工艺,以聚合物基底设计了一种具有三明治结构的应变传感器,可用于手势识别以及人体关节处活动监测,但是这样的方法存在一定问题:一方面,加入到基体中的高浓度导电材料不仅降低了柔韧性,而且还限制了合成复合材料 ...
【技术保护点】
一种基于聚氨酯纤维的可拉伸应变传感器,其特征在于:所述的可拉伸应变传感器是以聚氨酯纤维为基体,在所述基体的表面依次包裹有内层导电结构和外层导电结构;所述的内层导电结构为石墨烯纳米片层,所述的外层导电结构为炭黑和单壁碳纳米管的协同导电网络层。
【技术特征摘要】
1.一种基于聚氨酯纤维的可拉伸应变传感器,其特征在于:所述的可拉伸应变传感器是以聚氨酯纤维为基体,在所述基体的表面依次包裹有内层导电结构和外层导电结构;所述的内层导电结构为石墨烯纳米片层,所述的外层导电结构为炭黑和单壁碳纳米管的协同导电网络层。2.根据权利要求1所述的基于聚氨酯纤维的可拉伸应变传感器,其特征在于:所述可拉伸应变传感器具有双模式协同导电机制:一方面为外层导电结构中炭黑与单壁碳纳米管之间的协同导电机制;另一方面为叠层结构中内、外双层导电结构之间的协同导电机制,即外层导电结构中的炭黑和单壁碳纳米管复合填料与内层导电结构中的石墨烯之间的协同作用。3.根据权利要求1所述的基于聚氨酯纤维的可拉伸应变传感器,其特征在于:所述聚氨脂纤维的断裂强度为0.03~0.09N/tex、断裂伸长率为450%~800%。4.根据权利要求1所述的基于聚氨酯纤维的可拉伸应变传感器,其特征在于:所述可拉伸应变传感器的断裂伸长率达到350%,对于0-100%拉伸范围内的应变电阻变化曲线,其线性拟合的拟合优度值在0.990-1之间。5.一种权利要求1~4中任意一项所述可拉伸应变传感器的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1、制备聚乙二醇水溶液称取0.03~0.06g聚乙二醇加入到15mL去离子水,60~80℃下磁力搅拌至溶解,再超声分散0.5~1h,得到浓度为2~4mg/mL的聚乙二醇的水溶液;步骤2、聚氨酯纤维的表面改性用去离子水清洗聚氨...
【专利技术属性】
技术研发人员:黄英,赵雨农,王志强,郭小辉,刘平,刘彩霞,
申请(专利权)人:合肥工业大学,
类型:发明
国别省市:安徽,34
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