一种新型柔性智能织物传感器及其制造方法技术

本发明专利技术属于传感器技术领域，具体涉及一种新型柔性智能织物传感器及其制造方法。一种新型柔性智能织物传感器包括压敏材料层、电极层及保护层；利用静电纺丝技术制备出具有微凸点阵碳纳米纤维作为压敏材料层材料，使传感器具有优良的透气性和柔软性。在压敏材料层的两端的表面利用导电物包覆的纳米纤维网薄膜作为电极层；所述压敏材料层和电极层封装在所述保护层的内部。选用弹性模量更低的柔性高分子弹性聚合物材料制备柔性智能织物传感器的保护层，使柔性智能织物传感器具有灵敏度高、更柔软、厚度更轻薄且还能透气和耐水洗。

A new flexible intelligent fabric sensor and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种新型柔性智能织物传感器及其制造方法
本专利技术属于传感器
，具体涉及一种新型柔性智能织物传感器及其制造方法。
技术介绍
随着柔性电子学的发展，柔性传感技术已逐渐发展成为前沿高新技术，以其轻薄柔韧特性能贴附于各种不规则物体表面，在智能穿戴、医疗健康、消费电子、机器人、生物力学等领域具有广泛的应用前景。近年来，基于柔性传感技术的柔性压力传感器在灵敏度、线性度、滞后、响应、恢复时间等方面都有了进步。但市场应用还需要进一步提高柔性压力传感器的灵敏度、柔软性、厚度、透气性及耐水洗等性能，受限于目前的制造方法，很难制造出厚度在100μm以下的柔性传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的柔性智能织物传感器的灵敏度、柔软性、厚度、透气性及耐水洗等性能达不到应用要求，且受限于目前的制造方法，很难制造出厚度在100μm以下的柔性传感器的缺陷，提供了一种灵敏度高，超薄且柔软性好的新型柔性智能织物传感器。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型柔性智能织物传感器包括：压敏材料层，所述压敏材料层是表面制备有微凸点阵的碳纳米纤维形成的微结构编织而成的碳纳米纤维织物；电极层，所述电极层是在所述压敏材料层两端用导电物包覆的纳米纤维网薄膜；保护层，所述保护层是低浓度的高分子弹性聚合物液体利用超声雾化喷涂技术制成的封装保护膜，所述压敏材料层和电极层封装在所述保护层的内部。进一步地，所述碳纳米纤维由碳纳米材料与聚合物材料质量比为1:10-1:100的混合溶液通过静电纺丝装置制备而成。进一步地，所述碳纳米材料为碳管或石墨烯或RGO。进一步地，所述聚合物材料为酚醛树脂、聚丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚二甲基硅氧烷、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺、橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种材料或多种材料混合而成。进一步地，所述压敏材料层的厚度为0.1μm—1000μm。进一步地，所述高分子弹性聚合物为PU、TPU、PDMS及硅胶中的一种，其液体的浓度为0-500cp。进一步地，所述保护层的厚度为0.01μm-1000μm。更进一步地，所述导电物材料为银、银纳米线、铜、金、PEDOT：PSS中的一种。一种新型柔性智能织物传感器的制造方法，包括以下步骤：S1、制作压敏材料层，将碳纳米材料与聚合物材料的混合溶液利用静电纺丝装置进行静电纺丝，制备出具有微凸点阵的碳纳米纤维，将具有所述微凸点阵的碳纳米纤维编织成碳纳米纤维织物作为压敏材料层；S2、制作电极层，在压敏材料层的两端的表面利用导电物包覆的纳米纤维网薄膜作为电极层；S3、制作保护层，将浓度为0-500cp的高分子弹性聚合物液体利用超声雾化喷涂技术在所述压敏材料层及电极层表面通过原位聚合形成柔性封装保护膜作为保护层；S4、将所述电极层的导线从所述保护层上穿出。进一步地，所述微凸点阵通过微凸点控制技术控制凸点大小，其采用静电纺丝技术或者原子团簇束流沉积技术在碳纳米纤维表面制备而成。本专利技术的一种新型柔性智能织物传感器及其制造方法的有益效果是：1、本专利技术制备的新型柔性智能织物传感器利用静电纺丝技术制备出具有微凸点阵碳纳米纤维作为压敏材料层材料，使传感器具有优良的透气性和柔软性。2、在同等压力作用下，选用弹性模量更低的柔性高分子弹性聚合物材料制备柔性智能织物传感器的保护层，选用具有良好力学性能的具有微凸点阵的碳纳米纤维织物作为柔性的压敏材料层，使柔性智能织物传感器具有灵敏度高、更柔软、厚度更轻薄的优点。3、利用超声雾化喷涂技术在碳纳米纤维表面通过原位聚合形成的超薄柔性封装保护膜作为保护层，在保证柔性智能织物传感器高灵敏度、响应快、更柔软轻薄的同时，还能透气和耐水洗。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术实施例柔性智能织物传感器的结构图；图2是本专利技术实施例柔性智能织物传感器的制造步骤图；图3是本专利技术实施例的灵敏度检测曲线图。图中:1、压敏材料层，2、电极层，3、保护层。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。如图1-图3所示的本专利技术的一种新型柔性智能织物传感器及其制造方法的具体实施例，一种新型柔性智能织物传感器包括：压敏材料层1、电极层2及保护层3；所述压敏材料层1是表面制备有微凸点阵的碳纳米纤维形成的微结构编织而成的碳纳米纤维织物；电极层2是在所述压敏材料层1两端用导电物包覆的纳米纤维网薄膜；保护层3是浓度为0-500cp的高分子弹性聚合物液体制成的封装保护膜，所述压敏材料层1和电极层2封装在所述保护层3的内部。本专利技术实施例中，碳纳米纤维由碳纳米材料与聚合物材料质量比为1:10-1:100的混合溶液制备而成，其中碳纳米材料为碳管或石墨烯或RGO，聚合物材料为酚醛树脂、聚丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚二甲基硅氧烷、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺、橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种材料或多种材料混合而成。如图1-图2所示的本专利技术的一种新型柔性智能织物传感器的具体实施例，包括如下步骤：S1、制作压敏材料层1，将碳纳米材料与聚合物材料的混合溶液利用静电纺丝装置进行静电纺丝，制备出具有微凸点阵的碳纳米纤维，将具有所述微凸点阵的碳纳米纤维编织成碳纳米纤维织物作为压敏材料层1，压敏材料层1可以是通过模具将纺丝的纳米纤维绕成的不同结构、不同密度的类似织物；碳纳米纤维上的微凸点阵通过控制微凸点控制技术的制备的口径来调控微凸点的点径大小，其压敏材料层1的厚度为0.1μm—1000μm；S2、制作电极层2，在压敏材料层1的两端的表面利用导电物包覆的纳米纤维网薄膜作为电极层2；S3、制作保护层3，将浓度为0-500cp的高分子弹性聚合物液体利用超声雾化喷涂技术在所述压敏材料层1及电极层2表面通过原位聚合形成柔性封装保护膜作为保护层3；其厚度为0.01μm-1000μm；S4、将所述电极层2的导线从所述保护层3穿出。本专利技术实施例中，作为电极层2的包覆导电物材料是银、银纳米线、铜、金、PEDOT：PSS材料中的一种，在电极出线端，将导电物材料通过纳米压印或印刷或喷涂等方法形成导电薄膜与碳纳米纤维织物电性接触。本专利技术的实施例将静电纺丝技术与纳米传感材料相融合，借助杨氏模量接近人体皮肤且具有生物相容性的高分子弹性聚合物材料及碳纳米材料，利用其超强的柔韧性和良好的力学性能以及对外应力、应变有较好的容忍度制备厚度为100纳米-100微米的多孔碳纳米纤维作为超薄压阻材料，在感知施加的压力时，纳米纤维中碳纳米管之间的距离会靠近，并且纳米纤维之间的粘附度也会提高，从而使碳纳米纤维压阻材料的输出阻值发生变化。通过超声雾化喷涂技术在纳米纤维表面进行超薄柔性封装制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型柔性智能织物传感器，其特征在于，包括：/n压敏材料层(1)，所述压敏材料层(1)是表面制备有微凸点阵的碳纳米纤维形成的微结构编织而成的碳纳米纤维织物；/n电极层(2)，所述电极层(2)是在所述压敏材料层(1)两端用导电物包覆的纳米纤维网薄膜；/n保护层(3)，所述保护层(3)是低浓度的高分子弹性聚合物液体利用超声雾化喷涂技术制成的封装保护膜，所述压敏材料层(1)和所述电极层(2)封装在所述保护层(3)内部。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型柔性智能织物传感器，其特征在于，包括：
压敏材料层(1)，所述压敏材料层(1)是表面制备有微凸点阵的碳纳米纤维形成的微结构编织而成的碳纳米纤维织物；
电极层(2)，所述电极层(2)是在所述压敏材料层(1)两端用导电物包覆的纳米纤维网薄膜；
保护层(3)，所述保护层(3)是低浓度的高分子弹性聚合物液体利用超声雾化喷涂技术制成的封装保护膜，所述压敏材料层(1)和所述电极层(2)封装在所述保护层(3)内部。


2.根据权利要求1所述的一种新型柔性智能织物传感器，其特征在于：所述碳纳米纤维由碳纳米材料与聚合物材料质量比为1:10-1:100的混合溶液通过静电纺丝装置制备而成。


3.根据权利要求2所述的一种新型柔性智能织物传感器，其特征在于：所述碳纳米材料为碳管或石墨烯或RGO。


4.根据权利要求2所述的一种新型柔性智能织物传感器，其特征在于：所述聚合物材料为酚醛树脂、聚丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚二甲基硅氧烷、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺、橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种材料或多种材料混合而成。


5.根据权利要求1所述的一种新型柔性智能织物传感器，其特征在于：所述压敏材料层(1)的厚度为0.1μm—1000μm。


6.根据权利要求1所述的一种新型柔性智能织物...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊作平，张珽，周震，
申请(专利权)人：苏州能斯达电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32