一种柔性应变传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于传感器领域，尤其涉及一种柔性应变传感器及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的柔性应变传感器包括：传感器主体，所述传感器主体包括废弃口罩的口罩绳和负载在所述口罩绳上的多壁碳纳米管和碳纳米颗粒，所述口罩绳为弹性纤维绳；连接在所述传感器主体两端的电极；和包裹在所述传感器主体外表面的保护层。本发明专利技术以废弃口罩绳作为传感器的弹性基底，实现了废弃口罩绳的资源化利用；以多壁碳纳米管和碳纳米颗粒作为混合导电材料，能够使传感器兼具宽量程和高灵敏度。本发明专利技术提供的柔性应变传感器可以有效减少废弃口罩造成的环境污染，并且在运动检测、加密通讯和手势识别等领域具有良好的应用前景，环境效益和经济效益十分突出，市场前景广阔。市场前景广阔。市场前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性应变传感器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于传感器领域，尤其涉及一种柔性应变传感器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，柔性应变传感器被广泛应用于工业生产、医疗设备和通讯连接等领域，在现代生活和科学研究中扮演着重要角色。但传统的传感器普遍使用刚性材料，存在易脆、柔韧性差、延展性差等缺陷，只能应用于特定条件，严重制约了其在实际生产生活中的应用，因此开发具有柔韧性延展性、可穿戴的柔性传感器势在必行。
[0003]柔性传感器具有柔性、模量低、易变形等特点，使其具有很好的柔韧性和延展性，可以在多种场合下使用，同时可以轻松应用于人体实现可穿戴，有着广泛的应用前景。多壁碳纳米管(MWCNTs)具有良好的导电性和较大的长径比等优点，是制备柔性应变传感器的良好活性材料，将其应用于柔性传感器的制备对于制备高性能柔性传感器具有重要意义。但在前人的研究基础上发现，单纯以多壁碳纳米管作为导电材料制备的柔性传感器虽然具有较宽的量程但普遍存在灵敏度较低的问题，影响柔性传感器的感知性能。
[0004]此外，口罩成为了人们日常的巨大消耗品，如何经济环保的处理口罩废弃物成为了一大科学难题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种柔性应变传感器及其制备方法和应用，本专利技术提供的柔性应变传感器兼具宽量程和高灵敏度，实现了废弃口罩绳的资源化利用，具有良好的环境效益和经济效益。
[0006]本专利技术提供了一种柔性应变传感器，包括：
[0007]传感器主体，所述传感器主体包括废弃口罩的口罩绳和负载在所述口罩绳上的多壁碳纳米管和碳纳米颗粒，所述口罩绳为弹性纤维绳；
[0008]连接在所述传感器主体两端的电极；
[0009]和包裹在所述传感器主体外表面的保护层。
[0010]优选的，所述弹性纤维绳由棉纶与氨纶编制而成。
[0011]优选的，所述多壁碳纳米管的长度为5～50μm，直径≥20nm；所述碳纳米颗粒的直径为10～50nm。
[0012]优选的，所述多壁碳纳米管和碳纳米颗粒的合计负载量为10～25wt％。
[0013]优选的，所述保护层的材料为聚氨酯。
[0014]本专利技术提供了一种上述技术方案所述的柔性应变传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0015]将废弃口罩的口罩绳浸渍到含有多壁碳纳米管和碳纳米颗粒的悬浮液中，取出干燥，得到传感器主体；
[0016]在所述传感器主体的两端连接电极，并用保护层材料对所述传感器主体的外表面进行包裹，得到柔性应变传感器。
[0017]优选的，所述多壁碳纳米管在悬浮液中的含量为0.5～5wt％；所述碳纳米颗粒在悬浮液中的含量为1～3wt％。
[0018]优选的，所述浸渍的温度为10～40℃；所述浸渍的时间为10～60min。
[0019]优选的，取出后进行所述干燥之前，先进行水洗。
[0020]优选的，上述技术方案所述的柔性应变传感器或上述技术方案所述制备方法制得的柔性应变传感器在运动检测、加密通讯或手势识别中的应用。
[0021]与现有技术相比，本专利技术提供了一种柔性应变传感器及其制备方法和应用。本专利技术提供的柔性应变传感器包括：传感器主体，所述传感器主体包括废弃口罩的口罩绳和负载在所述口罩绳上的多壁碳纳米管和碳纳米颗粒，所述口罩绳为弹性纤维绳；连接在所述传感器主体两端的电极；和包裹在所述传感器主体外表面的保护层。本专利技术以废弃口罩绳作为传感器的弹性基底，实现了废弃口罩绳的资源化利用；以多壁碳纳米管和碳纳米颗粒作为混合导电材料，能够使传感器兼具宽量程和高灵敏度。本专利技术提供的柔性应变传感器可以有效减少废弃口罩造成的环境污染，并且在运动检测、加密通讯和手势识别等领域具有良好的应用前景，环境效益和经济效益十分突出，市场前景广阔。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0023]图1是本专利技术实施例1提供的不同M
x
传感器的初始电阻图；
[0024]图2是本专利技术实施例1提供的图1灰框区域放大图；
[0025]图3是本专利技术实施例1提供的不同M
x
(M2、M
2.5
、M3、M
3.5
、M4)传感器在不同应变下相对电阻的变化情况图；
[0026]图4是本专利技术实施例1提供的图3局部放大图；
[0027]图5是本专利技术实施例2提供的不同M
x
C
y
(M2C1、M2C2、M2C3)传感器在不同应变下相对电阻的变化情况图；
[0028]图6是本专利技术实施例2提供的图5局部放大图；
[0029]图7是本专利技术实施例2提供的不同M
x
C
y
(M3C1、M3C2、M3C3)传感器在不同应变下相对电阻的变化情况图；
[0030]图8是本专利技术实施例2提供的不同M
x
C
y
(M
3.5
C1、M
3.5
C2、M
3.5
C3)传感器在不同应变下相对电阻的变化情况图；
[0031]图9是本专利技术实施例3提供的M2C2传感器的SEM图；
[0032]图10是本专利技术实施例3提供的SEM图的局部放大图；
[0033]图11是本专利技术实施例4提供的不同传感器的应力
‑
应变曲线图；
[0034]图12是本专利技术实施例5提供的M2C2传感器在不同应变下的电阻相对变化情况和保持曲线图；
[0035]图13是本专利技术实施例6提供的M2C2传感器在0.5Hz加载频率下15％应变循环加载曲线的电阻相对变化情况图；
[0036]图14是本专利技术实施例7提供的M2C2传感器在检测手指弯曲时电阻相对变化情况图；
[0037]图15是本专利技术实施例7提供的M2C2传感器在检测手肘弯曲时电阻相对变化情况图；
[0038]图16是本专利技术实施例8提供的M2C2传感器在加密通讯领域的应用示意图；
[0039]图17是本专利技术实施例9提供的手势识别实验台的数码照片；
[0040]图18是本专利技术实施例9提供的手势识别实验中涉及的10种手势示意图；
[0041]图19是本专利技术实施例9提供的M2C2传感器在识别手势1～5时的实验结果图；
[0042]图20是本专利技术实施例9提供的M2C2传感器在识别手势6～0时的实验结果图。
具体实施方式
[0043]下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性应变传感器，包括：传感器主体，所述传感器主体包括废弃口罩的口罩绳和负载在所述口罩绳上的多壁碳纳米管和碳纳米颗粒，所述口罩绳为弹性纤维绳；连接在所述传感器主体两端的电极；和包裹在所述传感器主体外表面的保护层。2.根据权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述弹性纤维绳由棉纶与氨纶编制而成。3.根据权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述多壁碳纳米管的长度为5～50μm，直径≥20nm；所述碳纳米颗粒的直径为10～50nm。4.根据权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述多壁碳纳米管和碳纳米颗粒的合计负载量为10～25wt％。5.根据权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述保护层的材料为聚氨酯。6.一种权利要求1～5任一项所述的柔性应变传感器的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾晓丽，刘璐，张景龙，李守宝，黄书童，苏炜峰，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：