基于碳化静电纺丝纤维的柔性电阻式压力传感器及制备制造技术

本发明专利技术公开了一种基于碳化静电纺丝纤维的柔性电阻式压力传感器及制备方法。传感器由压敏层以及上下柔性电极构成。压敏层以碳化聚丙烯腈电纺薄膜得到碳纳米纤维作为导电骨架，通过浸涂法在导电纤维之间填充细菌纤维素纳米材料构成柔性薄膜。相较于石墨烯等纳米碳材料，导电碳骨架保留了电纺工艺独特的3D网络特征，具备更好的应力传递特性，且其电导率随碳化工艺可调。细菌纤维素的填充则提高了薄膜的柔韧性以及恢复性能，其穿插在碳纤维之间，进一步提升薄膜内部可变的导电通路数量。本发明专利技术充分利用了碳纳米纤维骨架的压阻性能优势，制备容易、成本低，所制得的传感器同时具备高灵敏度以及宽检测范围，能实现对人体生理信号的实时监测。实时监测。实时监测。

【技术实现步骤摘要】
基于碳化静电纺丝纤维的柔性电阻式压力传感器及制备


[0001]本专利技术属于能量转换技术、可穿戴电子技术、微电子机械系统(MEMS)、柔性聚合物材料与纳米材料领域，具体涉及一种基于碳化静电纺丝纤维的柔性电阻式压力传感器及制备方法。

技术介绍

[0002]压力作为日常生活中最常见的物理量之一，对其的探测具有十分重要的应用价值。传统的刚性压力传感器利用金属的电阻应变效应或半导体的压阻效应制成，这类器件具有不可弯曲，无法延展的固有性质，只能应用于对某点或者光滑平面的压力探测，而无法在具备特殊表面形貌的环境中工作。尤其是在生物医疗健康领域，如在对脉搏、血压、呼吸、肢体运动等人体生理信号的检测过程中，这类刚性传感器往往因为无法贴合表面、体积较大、穿戴不适、不易便携等缺点而受到很大程度上的应用限制。
[0003]随着柔性电子技术的日益发展，利用柔性功能材料开发设计的压力传感器能有效弥补传统刚性器件的上述不足。便携式的可穿戴柔性压力传感器通过将压力信号转换为电阻、电容的变化或者利用压电效应、摩擦电效应实现对应力的实时检测。其中通过器件内部导电通路增减本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳化静电纺丝纤维的柔性电阻式压力传感器，其特征在于：包括压敏薄膜、分别贴合在压敏薄膜上下表面的两片柔性电极；压敏薄膜以聚合物静电纺丝薄膜碳化得到的碳纳米纤维结构作为导电骨架，通过浸涂的方式将纤维状一维纳米材料填充在碳纳米纤维之间构成复合柔性薄膜；在保证电极与敏感薄膜稳定接触后将整个器件进行封装固定，且上下柔性电极各留出一侧粘接引线，用于外接工作电压以及输出信号的测量。2.根据权利要求1所述的一种基于碳化静电纺丝纤维的柔性电阻式压力传感器，其特征在于：聚合物静电纺丝薄膜纳米纤维在碳化前进行预氧化处理，预氧化处理在230～280℃空气气氛下进行，使聚合物纤维内部线性长分子链结构发生环化、交联，形成具有热稳定性的梯形大分子结构，聚合物纤维在后续热处理过程中不出现熔融现象。3.根据权利要求2所述的一种基于碳化静电纺丝纤维的柔性电阻式压力传感器，其特征在于：预氧化处理后，使聚合物静电纺丝薄膜纳米纤维在700～900℃氮气气氛下高温碳化，脱去非碳原子，得到碳网络导电骨架，然后将其与纤维状一维纳米材料通过浸涂法复合，实现聚合物材料穿插在导电纳米碳纤维之间构成的稳定导电网络，同时进一步提高薄膜可变的导电通路数量。4.根据权利要求1所述的一种基于碳化静电纺丝纤维的柔性电阻式压力传感器，其特征在于：复合柔性薄膜包括导电的碳纳米纤维以及不导电的纤维状一维纳米材料，通过调节加入的纤维状一维纳米材料的量来调节器件工作性能。5.根据权利要求1所述的一种基于碳化静电纺丝纤维的柔性电阻式压力传感器，其特征在于：在传感器受到外加压力后，复合柔性薄膜内部发生形变，碳纳米纤维之间的接触位点增多、复合柔性薄膜表面与柔性电极之间的有效导电通路也随之增加，从而导致器件的电阻显著减小；当压力撤去后，由于碳纳米纤维自身的机械性能以及纤维状一维纳米材料的弹性，器件迅速恢复，电阻值还原。6.根据权利要求1所述的一种基于碳化静电纺丝纤维的柔性电阻式压力传感器，其特征在于：器件柔性电极为在柔性衬底层上蒸镀或印刷的金属平面电极，其材料为铝、铜、银或金；并且/或者柔性衬底层选自聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酯乙二醇酯材料其中一种。7.根据权利要求1所述的一种基于碳化静电纺丝纤维的柔性电阻式压力传感器，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏元捷，娄永胜，谢光忠，陈春旭，潘虹，刘佳，太惠玲，黎威志，杜晓松，蒋亚东，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：