柔性压阻传感器及其制备方法技术

本申请涉及传感器技术领域，尤其涉及一种柔性压阻传感器及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：将天然木头切割处理，得到块状木头；将块状木头进行脱木素和半纤维素处理，得到初始产物；将初始产物连接电极，然后进行封装，得到柔性压阻传感器。该制备方法不仅原料广泛、可降解、成本低廉、工艺简单，可实现工业放大生产，而且得到的产品具有优异的环境友好性、生物相容性、可设计性与柔韧性的特点，为可穿戴设备提供了很好的应用潜能。设备提供了很好的应用潜能。设备提供了很好的应用潜能。

【技术实现步骤摘要】
柔性压阻传感器及其制备方法


[0001]本申请属于传感器
，尤其涉及一种柔性压阻传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着人工智能时代的到来，可穿戴设备的需求不断提高，各种新材料制成的压阻、压容、压电及摩擦电类器件不断涌现。在众多压力传感器中，压阻式传感器由于制造工艺简单，灵敏度高，信号处理方便等特点成为目前应用最为广泛的一类器件。
[0003]木材作为地球上最为丰富的植物资源，其本身拥有丰富的水分及养分运输通道，可以视为具有一定孔隙结构的三维材料。纤维素，半纤维素和木素是构成木材组分的三大要素，其中木素作为一种硬质粘结剂镶嵌在纤维素与半纤维素之间；因此，通过脱除木素等木质组分可以获得较为疏松，具有显著各向异性，且有一定压缩性和回弹性的木质气凝胶。
[0004]利用木质气凝胶丰富的多孔结构，将其作为一种柔性基底，辅加各种导电填料包括金属(颗粒/纳米线)、碳基材料(炭黑、石墨、石墨烯、富勒烯、碳纳米管)、导电聚合物(PEDOT:PSS、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等)及新兴无机杂化物如具有二维层状结构的金属碳/氮化物Mxene等，可以获得兼具柔韧性和导电性能的复合气凝胶型压阻传感器。然而，此类气凝胶压阻传感器中导电填料分散困难，从而导致制备过程复杂、生物相容性差，最终材料灵敏度与检测范围难以均衡并提高。尽管有研究人员提出通过直接碳化或高温热解木质气凝胶来提高传感器的可压缩性、压缩回弹性和灵敏度，但是碳化气凝胶不可避免的脆性与易碎性严重影响了器件本身的实用性。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种柔性压阻传感器及其制备方法，旨在解决如何低成本地制备无导电填料添加、全木基的柔性压阻传感器的技术问题。
[0006]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，本申请提供一种柔性压阻传感器的制备方法，包括如下步骤：
[0008]将天然木头切割处理，得到块状木头；
[0009]将所述块状木头进行脱木素和半纤维素处理，得到初始产物；
[0010]将所述初始产物连接电极，然后进行封装，得到柔性压阻传感器。
[0011]第二方面，本申请提供一种柔性压阻传感器，所述柔性压阻传感器由本申请所述的制备方法制备得到。
[0012]本申请提供一种纯生物基的柔性压阻传感器及其制备方法，该制备方法以天然木头为原料，将其切割后进行脱木素和半纤维素处理，形成以木质纤维素为主的初始产物，然后将该初始产物连接电极并封装，从而得到最终的柔性压阻传感器。该柔性压阻传感器可基于压缩与回弹的过程中木质纤维素的接触与分离，灵敏地产生电阻变化，从而形成一种零添加导电材料的柔性压阻传感器，该制备方法不仅原料广泛、可降解、成本低廉、工艺简单，而且得到的产品具有优异的环境友好性、生物相容性、可设计性与柔韧性的特点，为可
穿戴设备提供了很好的应用潜能。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1是本申请实施例1制备的柔性压阻传感器电流变化率随应力的变化曲线图；
[0015]图2是本申请实施例1制备的柔性压阻传感器固定压力下器件的响应时间和恢复时间图；
[0016]图3是本申请实施例1制备的柔性压阻传感器的循环稳定性能图；
[0017]图4是本申请用于对比的复合石墨烯的柔性压阻传感器的传感性能测试图。
具体实施方式
[0018]为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0019]本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0020]本申请中，“至少一种”是指一种或者多种，“多种”是指两种或两种以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。
[0021]应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
[0022]在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
[0023]本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
[0024]术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX，类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
[0025]本申请实施例第一方面提供一种柔性压阻传感器的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
[0026]S01：将天然木头切割处理，得到块状木头；
[0027]S02：将块状木头进行脱木素和半纤维素处理，得到初始产物；
[0028]S03：将初始产物连接电极，然后进行封装，得到柔性压阻传感器。
[0029]基于对木质气凝胶自身压阻效应的探索，一方面，木质气凝胶自身丰富多孔结构赋予其优异柔韧性、可压缩性和压缩回弹性，因此在压缩与回弹的过程中木质纤维素的接触与分离为其自身电阻变化奠定了一定的基础；另一方面，将木质气凝胶进行电阻测试时，电阻变化率尤为显著。因此，本申请实施例以天然木头为原料，将其切割后进行脱木素和半纤维素处理，形成以木质纤维素为主的初始产物，然后将该初始产物连接电极并封装，从而得到一种零添加导电材料的柔性压阻传感器。该制备方法不仅原料广泛、可降解、成本低廉、工艺简单，可实现工业放大生产，而且得到的产品具有优异的环境友好性、生物相容性、可设计性与柔韧性的特点，为可穿戴设备提供了很好的应用潜能。
[0030]上述步骤S01中，原料天然木头可以是自然界的木材，例如可以是轻木，本申请实施例中使用了巴沙木本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性压阻传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将天然木头切割处理，得到块状木头；将所述块状木头进行脱木素和半纤维素处理，得到初始产物；将所述初始产物连接电极，然后进行封装，得到柔性压阻传感器。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述脱木素和半纤维素处理的步骤包括：将所述块状木头置于含氢氧化钠和亚硫酸钠的混合液中进行蒸煮处理，然后依次氧化漂白和干燥处理，得到所述初始产物。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，将所述块状木头置于含氢氧化钠和亚硫酸钠的混合液中，固液比为1g：15～40mL，且所述混合溶液中的氢氧化钠和亚硫酸钠的摩尔比为2.5：0.4～1；和/或所述蒸煮处理的温度为100～105℃，时间为1～15h；和/或所述氧化漂白包括用浓度为1.5～2.5mol/L的双氧水稀释液80～100℃蒸煮漂白；和/或所述干燥处理为真空冷冻干燥，温度为
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40～
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60℃，时间为36～48h。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述脱木素和半纤维素处理的步骤包括：将所述块状木头置于含亚氯酸钠和醋酸的水溶液中进行第一浸泡处理，然后置于氢氧化钠溶液中进行第二浸泡处理，再干燥处理，得到所述初始产物。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一浸泡处理的温度为75～85℃，时间为4～6h；和/或所述第二浸泡处理的温度为80～100℃，时间为8～12h；和/或所述干燥处理为真空冷冻干燥，温度为

【专利技术属性】
技术研发人员：魏军，罗晶晶，赵维巍，刘飞华，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：