一种可水洗可穿戴的高灵敏度压力传感器的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种可水洗可穿戴的高灵敏度压力传感器的制备方法。该方法包括：将含有钯源和PAN的纺丝液静电纺丝，然后化学镀银；将得到的导电纳米纤维膜电极作为上下两层，接入导线，中间层为介电层，封装。该传感器可穿戴，水洗后依然具有高灵敏度。该方法工艺简单，得到的传感器可穿戴，水洗后依然具有高灵敏度，且轻薄柔性、高精确度，抗疲劳度高，在人工智能领域具有重要作用。

Preparation of a washable and wearable pressure sensor with high sensitivity

【技术实现步骤摘要】
一种可水洗可穿戴的高灵敏度压力传感器的制备方法
本专利技术属于压力传感器的制备领域，特别涉及一种可水洗可穿戴的高灵敏度压力传感器的制备方法。
技术介绍
随着科技水平的提升，传感器在未来的人工智能发展中起着重要作用，人们通过纳米技术和柔性电子技术实现了压力传感器向可弯曲、可穿戴和水洗方向发展，传感器柔性化渐渐成为发展的趋势和方向，在医疗健康、人体技能检测、实时反馈等方面有较多的应用。压力传感器通常分为三种：电阻式压力传感器，压电式压力传感器以及电容式压力传感器，其中电容式压力传感器是响应外界压力变化而引起的电容变化并转移成电信号输出，其具有良好的动态响应性、较稳定的信号输出，功率消耗较小，耐恶劣条件等优点而被广泛欢迎。目前设计的柔性传感器既要保证相对轻薄柔性和简单的生产工艺情况下，又要对于灵敏度的提升、监测范围的增大、工艺的简化以及成本的降低等问题进行调整。因此，如何提高传感器的灵敏度这个问题已经越来越受到人们的重视。刘国栋(CN106959176A)设计了一种以金纳米棒嵌入PDMS作为电极，聚氨酯为介电层的电容式压力传感器，可以一定程度上改善低压强状态的灵敏度，但是涂布的金纳米棒大部分分布在电极表层，且含量较少，成本相对较大。李阳(CN109781311A)的以聚3，4-乙烯二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐制得导电聚合物埋设导线作为电极，聚合物聚偏氟乙烯-六氟丙烯和石墨烯量子点作为复合材料作为介质层，制备新型复合材料微结构阵列，形成锯齿结构，具有灵敏度较好、迟滞小、可重复性好的优点，但是制备方法步骤相对繁琐，且在低压的灵敏度仍无法较好改善。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可水洗可穿戴的高灵敏度的柔性电容式压力传感器的制备方法，以克服现有技术中电容式压力传感器灵敏度不高、制备步骤繁琐等缺陷。本专利技术提供一种电容式压力传感器的制备方法，包括：(1)将含有钯源和PAN的纺丝液静电纺丝，得到纳米纤维膜，然后化学镀银得到导电纳米纤维膜电极；(2)将步骤(1)中导电纳米纤维膜电极作为上下两层，接入导线，中间层为介电层，封装，得到电容式压力传感器。所述步骤(1)中纺丝液中钯源含量为1.0～2.0ppm，PAN浓度为8～10％wt，溶剂为DMF。所述步骤(1)中静电纺丝的工艺参数为：喷头直径0.6～0.7mm，接收距离为10～20cm，推进速度6.0～7.0ml/h，施加电压为15～20kv，静电纺丝时间8～12h。所述步骤(1)中钯源为PdCl2。所述步骤(1)中化学镀银为：将纳米纤维膜浸入还原液中，再加入镀银液，在超声条件下反应30～50min。化学镀银是以常见化学镀的配方。所述步骤(2)中介电层为塑料、聚偏氟乙烯PVDF、聚二甲基硅氧烷PDMS或尼龙网，优选尼龙网。所述步骤(2)中接入导线为：将导线一端贴在导电纳米纤维膜电极表面，然后用银浆涂覆导线，固化。将导线牢牢固定在电极上。所述步骤(2)中封装采用聚二甲基硅氧烷PDMS、聚氯乙烯PVC、环氧树脂EPOXY、热塑性聚氨酯弹性体橡胶TPU、聚偏氟乙烯PVDF或聚酰亚胺PI，优选聚酰亚胺PI。所述步骤(2)中上下两层电极的有效重叠面积为2.2×2.3mm。所述步骤(2)中电容式压力传感器质量为345mg，厚度为0.57mm。所述步骤(2)中电容式压力传感器采用经典的三明治结构。本专利技术还提供一种上述方法制备得到的电容式压力传感器。本专利技术还提供一种上述方法制备得到的电容式压力传感器的应用。本专利技术通过静电纺丝和化学镀设计了一种柔性多孔且导电性能良好的纳米纤维膜电极，通过易获得的尼龙网作为介电层，组成了简单的电容式压力传感器，经过测试该电容式压力传感器的灵敏度大大提升，并且还具有工艺简单，轻薄柔性、响应速度快，抗疲劳度高，不会让使用者感到压迫或者行动受到限制，具有电子皮肤的功效，可洗涤并在多次水洗后依然保持较好的灵敏度，会在医疗健康，运动检测和关节活动等方面具有较大应用。有益效果本专利技术制备工艺简单，原料易获得，而且介电层规整均匀，电极与介电层易制得，使组装压力传感器重复率高，生产周期短，能够通过电容变化较敏感地反应压力的变化，水洗后灵敏度基本不会下降；并且具有纳米纤维膜本身带有的轻薄、柔性的特征，可穿戴水洗，在人体健康监测，运动检测和关节活动等方面有较多应用。同时本专利技术提供了一种电容器的电极、介电层的选择，以及方便的组装方式。附图说明图1为本专利技术电容式压力传感器的结构示意图和制备流程图。图2为实施例1中电容式压力传感器的灵敏度曲线。图3为本专利技术实施例1中电容式压力传感器电极层的扫描电镜图。图4为本专利技术实施例1中电容式压力传感器介电层的扫描电镜图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术实施例中，N,N-二甲基甲酰胺(DMF99.5％)购自上海凌峰化学试剂有限公司，无水乙醇购自上海和化学有限公司，聚丙烯腈(PAN,Mw＝150,000)购自中国安徽华创集团，氯化钯、硝酸银、聚乙二醇1540、葡萄糖、乙二胺购自国药化学试剂有限公司。所有化学品均为分析级试剂，无需进一步纯化即可使用。实施例1(1)取0.17mgPdCl2和100mlDMF配置成1.7ppm级的溶液，再取0.8gPAN粉末溶解于10ml钯溶液中，制得纺丝液，将纺丝液加入注射器之中，设置一定的纺丝参数进行纺丝，设置喷头直径0.67mm，接收距离为15cm，推进速度6.5ml/h，施加电压为18kv，静电纺丝时间10h，得到纳米纤维膜。(2)用3ml乙醇和47ml去离子水将1.5g葡萄糖和60mg聚乙二醇溶解配置50ml还原液。用0.8g硝酸银(AgNO3)和去离子水配置8g/LAgNO3溶液，逐滴加入氨水(约0.6ml)，直到溶液从浑浊变得澄清，得到银氨溶液，再加入1ml乙二胺。先将纳米纤维膜浸入还原液，再迅速倒入镀银液，在超声条件下反应40min，烘干得到导电纳米纤维膜。(3)组装传感器：由三层结构构成，将步骤(2)中导电纳米纤维膜作为上下两个电极，将导电铜丝一端贴在电极表面，通过注射器在铜丝用银浆均匀涂覆一层，然后在烘箱中90度固化导电银浆1h，中间层选取尼龙网层作为介电层，有效重叠面积为2.2cm×2.3cm，将三层进行组合，通过PI胶带进行封装，以此作为一个电容式压力传感器。将该传感器测试不同压力下的电容值，得到对应的C，当C-C0即为电容变化ΔC，通过灵敏度计算公式S＝dΔC/dP进行计算灵敏度，如图2和表1所示。实施例2根据实施例1，将实施例1步骤(2)中在超声下化学镀的时间改为30min，其余均与实施例1相同，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容式压力传感器的制备方法，包括：/n(1)将含有钯源和PAN的纺丝液静电纺丝，得到纳米纤维膜，然后化学镀银得到导电纳米纤维膜电极；/n(2)将步骤(1)中导电纳米纤维膜电极作为上下两层，接入导线，中间层为介电层，封装，得到电容式压力传感器。/n

【技术特征摘要】
1.一种电容式压力传感器的制备方法，包括：
(1)将含有钯源和PAN的纺丝液静电纺丝，得到纳米纤维膜，然后化学镀银得到导电纳米纤维膜电极；
(2)将步骤(1)中导电纳米纤维膜电极作为上下两层，接入导线，中间层为介电层，封装，得到电容式压力传感器。


2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中纺丝液中钯源含量为1.0～2.0ppm，PAN浓度为8～10％wt，溶剂为N,N-二甲基乙二胺DMF。


3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中静电纺丝的工艺参数为：喷头直径0.6～0.7mm，接收距离为10～20cm，推进速度6.0～7.0ml/h，施加电压为15～20kv，静电纺丝时间8～12h；钯源为PdCl2。


4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奕翔，俞丹，王炜，王泽鸿，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31