多功能传感集成的柔性织物基传感器及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种多功能传感集成的柔性织物基传感器及其应用。所述多功能传感集成的柔性织物基传感器由三种不同传感功能纱线分别构成的三套相互独立的经纱和纬纱系统通过机织技术相互交织而集成得到；所述三套相互独立的经纱和纬纱系统分别为由压力传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统、由温度传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统、由湿度传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统。本发明专利技术从纤维

【技术实现步骤摘要】
多功能传感集成的柔性织物基传感器及其应用


[0001]本专利技术涉及柔性传感器制备
，尤其涉及一种多功能传感集成的柔性织物基传感器及其应用。

技术介绍

[0002]可穿戴柔性电子器件，因其柔性、轻质、低廉、便携等特性，被广泛应用于人体运动及健康的实时监测、人机交互等多个领域。但目前仍存在灵敏度及响应速度较低、检测下限较高、检测范围较窄等问题，器件基础性能仍有待提高。在实际应用过程中，其亦存在稳定性、抗环境干扰能力不高，规模化生产困难等挑战。要解决这些问题，设计并制造出性能优异且多功能传感集成的材料体系以及合理的传感器结构最为关键。
[0003]柔性织物基传感器因其能有效模拟人体皮肤的特点去感知并对外界环境的刺激做出响应而成为智能纺织品及可穿戴柔性电子器件领域的研究重点。其中，电容式传感器因具有高灵敏度、快速响应、组装简单和能耗低等特点而具有很好的应用前景。但是现有研究中的技术瓶颈一直制约着电容式压力传感器的进一步发展，主要为传感功能单一且难以实现多信号传感、传感精度易受环境(温度、湿度)变化的影响、介电材料的极化效率低等，制约着电容式传感器的传感稳定性和精确性，不能很好地满足实际服用需求。
[0004]申请号为CN201811051552.X的专利技术专利公开了一种基于纳米纤维包芯纱的电容式传感器及其制备方法。该电容式传感器包括复合纱编织成的织物，在织物的每一个交织点形成一个传感单元，所述的复合纱包括弹性长丝和包芯纱，包芯纱螺旋缠绕在弹性长丝表面，所述的包芯纱包括纳米纤维皮层和芯纱，纳米纤维皮层通过共轭静电纺纱包裹在芯纱上。织物的每一个交织点处上下两根包芯纱的高传导的芯电极作为上下传导电极，纳米纤维皮层作为介电层。该电容式传感器性能优良，可以测量多种机械外力以及对湿度和无接触模式均有优异的传感功能。但是该传感器存在功能单一的缺陷，该传感器并未将温度导致的材料体积变化对信号的干扰纳入到考虑范围，即温度会极大干扰检测到的压力信号的准确性。此外该传感器未进行织物疏水处理，因此并不能满足传感器长时间复杂的工作环境。因此该传感器长期在温度、湿度变化明显的现实应用场景中，效果会大打折扣。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种具备优异柔性、抗干扰性能和大面积多信号传感性能的多功能传感集成的柔性织物基传感器及其应用。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种多功能传感集成的柔性织物基传感器。所述多功能传感集成的柔性织物基传感器由三种不同传感功能纱线分别构成的三套相互独立的经纱和纬纱系统通过机织技术相互交织而集成得到；
[0007]所述三套相互独立的经纱和纬纱系统分别为由压力传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统、由温度传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统、由湿度传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统；
[0008]所述压力传感功能纱线、所述温度传感功能纱线、所述湿度传感功能纱线的末端均设有采集电极，用于采集所述压力传感功能纱线、所述温度传感功能纱线、所述湿度传感功能纱线两端的信号以及经纱与纬纱的交叉点的信号，且所述压力传感功能纱线、所述温度传感功能纱线、所述湿度传感功能纱线均经过抗干扰处理，以减小压力、温度和湿度信号的相互干扰，实现压力、温度和湿度信号的识别和检测。
[0009]优选的，所述多功能传感集成的柔性织物基传感器为电容式传感器；所述由压力传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统中经纱和纬纱相互交织形成的交织点为压力传感器的电容采集点；所述由温度传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统中经纱和纬纱相互交织形成的交织点为温度传感器的电容采集点；所述由湿度传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统中经纱和纬纱相互交织形成的交织点为湿度传感器的电容采集点。
[0010]优选的，所述抗干扰处理中，抗压力干扰的处理为：增大所述压力传感功能纱线构成的压力传感区域的厚度；或者，增大所述压力传感功能纱线与所述温度传感功能纱线及所述湿度传感功能纱线的相对模量；
[0011]抗温度干扰的处理为：对所述压力传感功能纱线和所述湿度传感功能纱线中的介质材料采用具有不同温度系数的介质材料进行复配；
[0012]抗湿度干扰的处理为：对所述压力传感功能纱线和所述温度传感功能纱线进行疏水处理。
[0013]优选的，所述传感功能纱线为由预定传感功能的介质材料包鞘层紧密包绕纤维状电极材料芯层制备得到的传感功能包芯纱线，或者为由若干传感功能纤维组成的预定传感功能的复合纱线；所述传感功能纤维为皮芯型结构的双组分复合纤维，皮层为所述预定传感功能的介质材料，芯层为所述电极材料。
[0014]优选的，所述传感功能纱线为压力传感功能纱线时，所述介质材料为弹性介质材料；所述弹性介质材料由至少两种具有不同温度系数的弹性介质材料复配而成，并进行表面疏水化处理或进行疏水涂层处理。
[0015]优选的，所述弹性介质材料由至少两种不同压缩模量的弹性介质材料聚合物复合而成，所述压力传感功能纱线和/或压力传感功能纤维的截面为异型结构。
[0016]优选的，所述传感功能纱线为温度传感功能纱线时，所述介质材料为添加导热填料的温度敏感聚合物材料；所述添加导热填料的温度敏感聚合物材料进行表面疏水化处理或进行疏水涂层处理；所述温度传感功能纱线的直径小于所述压力传感功能纱线的直径。
[0017]优选的，所述传感功能纱线为湿度传感功能纱线时，所述介质材料为由至少两种具有不同温度系数的湿度敏感聚合物材料复配而成的湿度传感功能介质材料；所述湿度传感功能纱线和/或湿度传感功能纤维的截面为异型结构；所述湿度传感功能纱线的直径小于所述压力传感功能纱线的直径。
[0018]优选的，所述电极材料包括但不限于为金属类导电纤维、无机类导电纤维、有机类导电纤维、复合类导电纤维、掺杂类复合纤维或者镀层类复合纤维中的一种或多种；
[0019]所述弹性介质材料包括但不限于为聚氨酯、共聚酯、聚烯烃弹性体中的一种；
[0020]所述导热填料包括但不限于为金属类材料、无机非金属类材料、有机高分子类材料。
[0021]优选的，所述金属类材料包含但不限于为金、银、铜、铁、锡、铂、不锈钢及金属类复
合材料中的一种；所述无机非金属材料包括但不限于为石墨烯、炭黑、碳纳米管、无机硅及硅酸盐类材料中的一种；所述有机高分子类材料包括但不限于为导热硅胶、硅脂、泡棉、橡胶、聚酰胺、聚酯及前述至少两种复合的材料中的一种。
[0022]优选的，所述温度敏感聚合物材料具有较高的热膨胀系数，包括但不限于为聚酰胺、聚酯、尼龙、聚氨酯、聚烯烃、聚醚、多糖、橡胶中的任一种或多种；
[0023]所述湿度敏感聚合物材料具有较低的热膨胀系数，包括但不限于为聚酰胺、聚酯、尼龙、聚氨酯、聚烯烃、聚醚、多糖、橡胶中的任一种或多种；
[0024]所述压力传感功能纱线的截面的异型结构包括但不限于为中空结构、对称结构、非对称结构、完全无规则型结构或者为前述至少两种结构的复合结构；
[0025]所述湿度传感功能纱线的截面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能传感集成的柔性织物基传感器，其特征在于：所述多功能传感集成的柔性织物基传感器由三种不同传感功能纱线分别构成的三套相互独立的经纱和纬纱系统通过机织技术相互交织而集成得到；所述三套相互独立的经纱和纬纱系统分别为由压力传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统(A)、由温度传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统(B)、由湿度传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统(C)；所述压力传感功能纱线、所述温度传感功能纱线、所述湿度传感功能纱线的末端均设有采集电极，用于采集所述压力传感功能纱线、所述温度传感功能纱线、所述湿度传感功能纱线两端的信号以及经纱与纬纱的交叉点的信号，且所述压力传感功能纱线、所述温度传感功能纱线、所述湿度传感功能纱线均经过抗干扰处理，以减小压力、温度和湿度信号的相互干扰，实现压力、温度和湿度信号的识别和检测。2.根据权利要求1所述的多功能传感集成的柔性织物基传感器，其特征在于：所述多功能传感集成的柔性织物基传感器为电容式传感器；所述由压力传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统(A)中经纱和纬纱相互交织形成的交织点为压力传感器的电容采集点(a)；所述由温度传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统(B)中经纱和纬纱相互交织形成的交织点为温度传感器的电容采集点(b)；所述由湿度传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统(C)中经纱和纬纱相互交织形成的交织点为湿度传感器的电容采集点(c)。3.根据权利要求1所述的多功能传感集成的柔性织物基传感器，其特征在于：所述抗干扰处理中，抗压力干扰的处理为：增大所述压力传感功能纱线构成的压力传感区域的厚度；或者，增大所述压力传感功能纱线与所述温度传感功能纱线及所述湿度传感功能纱线的相对模量；抗温度干扰的处理为：对所述压力传感功能纱线和所述湿度传感功能纱线中的介质材料采用具有不同温度系数的介质材料进行复配；抗湿度干扰的处理为：对所述压力传感功能纱线和所述温度传感功能纱线进行疏水处理。4.根据权利要求3所述的多功能传感集成的柔性织物基传感器，其特征在于：所述传感功能纱线为由预定传感功能的介质材料包鞘层紧密包绕纤维状电极材料芯层制备得到的传感功能包芯纱线，或者为由若干传感功能纤维组成的预定传感功能的复合纱线；所述传感功能纤维为皮芯型结构的双组分复合纤维，皮层为所述预定传感功能的介质材料，芯层为所述电极材料。5.根据权利要求4所述的多功能传感集成的柔性织物基传感器，其特征在于：所述传感功能纱线为压力传感功能纱线时，所述介质材料为弹性...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋，丁新城，钟卫兵，蒋海青，柯弈名，刘志豪，李唯昕，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：