The invention provides a method for preparing a flexible strain sensor based on conductive fibers and its application. The conductive fibers are composed of metal nanowires as conductive layers, electrospun polymer nanofibers as protective layers and elastic yarns as elastic carriers. The wire surface is coated with a layer of polymer nanofiber film, and then the metal nanowires are deposited on the surface structure by multiple dipping. The flexible strain sensor based on conductive fiber has the ability to detect many kinds of deformation quickly, such as stretching, bending and twisting, and its sensitivity remains above 90% after 10,000 stretching cycles. It can detect pulse, vocal cord vibration and more complex multi-site simultaneously. It has great application potential in virtual reality, human-machine interface, health monitoring and other intelligent wearable equipment.
【技术实现步骤摘要】
一种基于导电纤维的柔性应变传感器的制备方法及其应用
:本专利技术属于柔性电子器件的制备
,尤其涉及一种基于金属纳米线和电纺聚合物纳米纤维膜的导电纤维及柔性可拉伸应变传感器的制备方法和应用。
技术介绍
:随着科学技术的发展,传统电子器件将难以满足人类的各种需求,其必然向着柔性化、微型化、可穿戴化等方向发展,从而突破传统电子器件的应用范围,促进信息与人的有机结合。其中,应变传感器作为一种监测拉伸、弯曲、扭曲等形变的传感器,在电子皮肤、柔性显示、健康监测、人机接口等领域有着广阔的应用空间。目前常用的应变式传感器主要采用无机材料作为应变体,但是由于无机材料缺乏韧性、不耐弯折,高形变将使传感器容易受到损坏且无法恢复。因此,发展新型可承受较大形变的传感器显得尤为重要。其中,线性结构的电子器件不仅能够保持器件优异的柔韧性,而且在承受应力发生较大变形时,还能保持器件的完整性且表现出稳定的电学性能。导电纤维作为线性传感器的应变主体,是实现高变形能力和监测各项传感性能的基础。近年来,对于导电纤维的制备主要有以下几个方法:1、直接将导电填充材料(如石墨烯、碳纳米管、金属纳米颗粒等)与弹性体(如橡胶类聚合物)混合分散获得复合导电纤维,这种方法简单有效,但是需要精确的控制导电材料的含量,填充量太小会引起导电性较差,填充量太大会导致体系硬度增加,弹性变差,变形时易发生断裂。2、采用高弹性的纤维作为内部芯层,导电纳米材料吸附在弹性纤维表面作为外部导电层,然后再进行氢气等离子处理或热处理来提高复合纤维的电导率。这种方法的缺点是对导电涂层的厚度无法精确控制,纤维表面的导电微粒受摩擦等 ...
【技术保护点】
1.一种基于导电纤维的柔性应变传感器的制备方法,其特征在于所述导电纤维包括作为导电层的金属纳米线、作为保护层的电纺聚合物纳米纤维膜和作为弹性载体的弹性纱线,所述的弹性纱线包含两层结构,分别为内部可承受高形变的乳胶丝和外部交叉缠绕的聚氨酯纱线层,所述的电纺聚合物纳米纤维膜包覆于所述的弹性纱线的表面,所述的金属纳米线沉积在电纺聚合物纳米纤维膜的表面。
【技术特征摘要】
1.一种基于导电纤维的柔性应变传感器的制备方法,其特征在于所述导电纤维包括作为导电层的金属纳米线、作为保护层的电纺聚合物纳米纤维膜和作为弹性载体的弹性纱线,所述的弹性纱线包含两层结构,分别为内部可承受高形变的乳胶丝和外部交叉缠绕的聚氨酯纱线层,所述的电纺聚合物纳米纤维膜包覆于所述的弹性纱线的表面,所述的金属纳米线沉积在电纺聚合物纳米纤维膜的表面。2.根据权利要求1所述的一种基于导电纤维的柔性应变传感器的制备方法,其特征在于所述导电纤维的制备方法包括以下步骤:首先,将弹性纱线在乙醇和去离子水中超声清洗,然后烘干;其次,将预拉伸的弹性纱线固定于静电纺丝装置的收集板上;然后,将聚合物前驱体溶液进行静电纺丝,在预拉伸的弹性纱线表面包覆一层聚合物纳米纤维膜;最后,将金属纳米线的分散液浸涂于预拉伸的电纺聚合物纳米纤维膜表面,使金属纳米线沉积并吸附在其表面结构上,如此多次浸涂后恢复弹性纱线的形变,即可获得高电导性和高机械性能的导电纤维。3.根据权利要求1或2所述的一种基于导电纤维的柔性应变传感器的制备方法,其特征在于所述弹性纱线的外部纱线层除聚氨酯弹性纤维外还包括但不限于聚烯烃类弹性纤维或聚酯类弹性纤维或聚醚酯类弹性纤维及其以上各种的复合弹性纤维。4.根据权利要求2所述的一种基于导电纤维的柔性应变传感器的制备方法,其特征在于所述的聚合物前驱体溶液为可直接用来静电纺丝的聚合物溶液,所述聚合物包括但不限于聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)、聚苯乙烯、聚氨酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚己内酯及以上聚合物的共混物。5.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员:姜凯,陈照军,沈国震,姜源,杜辉,曹玉杰,鲁鸽,
申请(专利权)人:中国人民解放军总医院,青岛大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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