一种用于监测体表湿度的柔性纤维汗液传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于监测体表湿度的柔性纤维汗液传感器，其特征在于：包括纤维基底，在所述纤维基底上涂覆湿敏功能材料，所述纤维基底的两端连接导电线，或者在纤维基底的中部涂覆湿敏功能材料，两端涂覆导电材料，所述湿敏功能材料为功能导电材料与亲水聚合物的复合材料。该柔性纤维汗液传感器具有高贴合度、能够适应人体弯曲表面、低成本的特点，可以实现对人体体表湿度变化的实时监测，可应用于人体大健康、大数据等。大数据等。大数据等。

【技术实现步骤摘要】
一种用于监测体表湿度的柔性纤维汗液传感器


[0001]本专利技术涉及传感器领域，特别涉及一种用于监测体表湿度的柔性纤维汗液传感器。

技术介绍

[0002]随着人们对自身健康及防护的日益关注，可穿戴传感器得到了广泛研究。近年来，可穿戴的传感器已经在监测人体的各方面生理信息上取得了很大进展。在各种传感器中，目前的可穿戴设备大多是监测心率、血氧、睡眠质量等物理指标，无法提供更详细的分子级信息。然而，化学传感器可以以非侵入方式监测体液中的信息物质，具有可动态监测个体的生理状态的优点，从而受到广泛研究。汗液作为人体最重要的体液之一，含有大量的生理信息，通过对汗液的监测可以对人体的身体状况做出判断。其中，汗液的排出是人体散热系统的重要组成部分，汗液量的多少关系着人体散热系统的正常运作，监测人体皮肤表面的湿度可以及时地反映人体排出的汗液量。同时，湿度的变化也能反映人体运动强度和脱水程度，因此对人体表皮湿度的监测也是反映人体生理健康的重要组成部分。同时，可穿戴织物传感器可以很好适应弯曲人体表面，无负担且具有良好的透气性，因此，研发一种对人体具有高贴合度、高舒适性、低成本且可实现实时监测等特点的柔性纤维汗液传感器是本专利技术的重要思想。

技术实现思路

[0003]针对现有技术问题，本专利技术目的在于提供一种用于监测体表湿度的柔性纤维汗液传感器，为可以自由变形的柔性纤维，通过简单的编织方法织入织物中可以形成相应功能的汗液传感织物，与日常穿着的面料具有相同的外观。
[0004]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种用于监测体表湿度的柔性纤维汗液传感器，其特征在于：包括纤维基底，在所述纤维基底上涂覆湿敏功能材料，所述纤维基底的两端连接导电线，或者在纤维基底的中部涂覆湿敏功能材料，两端涂覆导电材料，所述湿敏功能材料为功能导电材料与亲水聚合物的复合材料。
[0005]上述方案中：所述功能导电材料为碳纳米管、活性炭、石墨烯、金属颗粒中的一种，所述亲水聚合物为含亲水性基团的高分子材料。
[0006]上述方案中：所述亲水聚合物为聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酞胺、聚丙烯酸钠中的一种。
[0007]上述方案中：所述功能导电材料与亲水聚合物的质量比为 1
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20:1，涂覆长度大于0.5cm。
[0008]上述方案中：所述湿敏功能材料的制备方法为：将功能导电材料分散在溶剂中，然后加入亲水聚合物，搅拌混合均匀，并在60
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95℃下搅拌混合得到复合材料。
[0009]上述方案中：所述纤维基底为天然纤维或高分子纤维。
[0010]上述方案中：所述纤维基底为棉纤维、麻纤维、羊毛纤维、蚕丝纤维、PBT纤维、PI纤
维、聚酯纤维中的一种。
[0011]上述方案中：所述导电材料为金属粉、高分子导电材料、碳纤维、炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种。
[0012]上述方案中：所述湿敏功能材料的涂覆方式为浸涂法、提拉涂覆法、旋涂法中的一种。
[0013]柔性纤维汗液传感器的工作原理是，目前如CNT、炭黑、石墨等是制备导电网络的理想材料，但是由于其具备疏水性，将这些物质和亲水性物质结合制备湿度敏感材料是制备电阻型湿度传感器的方向。因亲水性物质分子链的亲水性基团与水分子相互作用后可以表现出明显的体积膨胀。利用导电材料的导电性和强度，可以在亲水性物质基体中形成具有高韧性和对水分子敏感性的导电网络，从而对湿度有良好的电阻响应。
[0014]本专利技术的柔性纤维汗液传感器的检测响应时间为小于5s,回复时间小于20s；电阻信号与相对湿度之间的线性相关性为0.99～ 0.9999(线性相关性数值越接近1说明相关性越好，用来进一步辅佐表明传感器的检测的准确性)；在多次重复弯折后，电阻变化极小，可忽略。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0016]1、该柔性纤维汗液传感器具有高贴合度、能够适应人体弯曲表面、低成本的特点，可以实现对人体体表湿度变化的实时监测，可应用于人体大健康、大数据等。
[0017]2、所述柔性纤维汗液传感器是电阻型传感器，具有制备简单、易于集成、信号易于区分等优点。
[0018]3、本专利技术的传感器，后续能够通过简单的编织织入日常织物中，与日常穿着的面料有相同的外观。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的实施例1的制作过程展示图。
具体实施方式
[0020]下面将结合实施例和附图，对本专利技术做进一步的描述。
[0021]实施例1
[0022]将碳纳米管(CNT)，加入去离子水中，混合均匀并超声分散；将聚乙烯醇(PVA)加入到上述分散后的溶液中，在95℃下搅拌3h，制备得到CNT/PVA复合材料。其中，碳纳米管和聚乙烯醇的质量比为4:1。采用浸涂法将制备好的复合材料均匀多次涂覆在棉线的中部，涂覆长度大于0.5cm，涂覆完成后进行充分干燥，待溶液挥发完全。然后在复合材料两端的棉线涂覆导电材料作为导电端，即可制备柔性纤维汗液传感器。导电材料为金属粉、高分子导电材料、碳纤维、炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种，本实施例选择Cu粉。本专利技术的柔性纤维汗液传感器的检测响应时间为5s,回复时间20s；电阻信号与相对湿度之间的线性相关性为0.99～0.9999；在多次重复弯折后，电阻变化极小。
[0023]实施例2
[0024]将石墨烯加入去离子水中，混合均匀并超声分散；将聚丙烯酸加入到上述分散后的溶液中，在80℃拌3h，制备得到石墨烯/聚丙烯酸复合材料。其中，石墨烯/聚丙烯酸的质
量比为10:1。采用提拉法将制备好的复合材料均匀多次涂覆在棉线中部，涂覆长度大于0.5cm，涂覆完成后进行充分干燥，待溶液挥发完全。然后在复合材料两端涂覆导电材料作为导电端，即可制备柔性纤维汗液传感器。导电材料为金属粉、高分子导电材料、碳纤维、炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种，本实施例选择碳纤维。本专利技术的柔性纤维汗液传感器的检测响应时间为4.5s,回复时间18s；电阻信号与相对湿度之间的线性相关性为 0.99～0.9999；在多次重复弯折后，电阻变化极小。
[0025]实施例3
[0026]将活性炭加入N
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甲基吡咯烷酮(NMP)中，混合均匀并超声分散；将聚丙烯酸钠加入到上述分散后的溶液中，在60℃下搅拌3h，制备得到活性炭/聚丙烯酸钠的复合材料。其中，活性炭/聚丙烯酸钠的质量比为20:1。采用旋涂法将制备好的复合材料均匀多次涂覆在蚕丝纤维中部，涂覆长度大于0.5cm，涂覆完成后进行充分干燥，待NMP挥发完全。然后在复合材料两端涂覆导电材料作为导电端，即可制备柔性纤维汗液传感器。导电材料为金属粉、高分子导电材料、碳纤维、炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种，本实施例选择炭黑。本专利技术的柔性纤维汗液传感器的检测响应时间为5s,回复时间18s；电阻信号与相对湿度之间的线性相关性为0.99～0.9999；在多次重复弯折后，电阻变化极小。
[0027]实施例4
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于监测体表湿度的柔性纤维汗液传感器，其特征在于：包括纤维基底，在所述纤维基底上涂覆湿敏功能材料，所述纤维基底的两端连接导电线，或者在纤维基底的中部涂覆湿敏功能材料，两端涂覆导电材料，所述湿敏功能材料为功能导电材料与亲水聚合物的复合材料。2.根据权利要求1所述用于监测体表湿度的柔性纤维汗液传感器，其特征在于：所述功能导电材料为碳纳米管、活性炭、石墨烯、金属颗粒中的一种，所述亲水聚合物为含亲水性基团的高分子材料。3.根据权利要求2所述用于监测体表湿度的柔性纤维汗液传感器，其特征在于：所述亲水聚合物为聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酞胺、聚丙烯酸钠中的一种。4.根据权利要求2
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3任一项所述用于监测体表湿度的柔性纤维汗液传感器，其特征在于：所述功能导电材料与亲水聚合物的质量比为1
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20:1，涂覆长度大于0.5cm。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：范兴，冯海军，刘霞，
申请(专利权)人：苏州元柔智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：