一种复合材料膜及其制备方法、柔性压阻传感器及其应用技术

本发明专利技术属于传感器技术领域，具体涉及一种复合材料膜及其制备方法、柔性压阻传感器及其应用。本发明专利技术提供的复合材料膜，包括多孔聚四氟乙烯基膜和分散于所述聚四氟乙烯基膜中的银线；所述聚四氟乙烯基膜中孔结构的直径为500nm～3μm，孔隙率为38～73％；所述银线的直径为50～500nm，长径比为100～1600。以具有特定孔结构的三维多孔的聚四氟乙烯作为支撑基材，以具有特定尺寸的银线作为阻变信号功能填料，聚四氟乙烯基膜能够快速精准将微应力造成的形变传导到银线，使银线滑移产生电阻的变化。复合材料膜具有较高的力学传导效率，扩宽了应力适用范围，缩短了响应时间，提高了检测灵敏度。灵敏度。灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料膜及其制备方法、柔性压阻传感器及其应用


[0001]本专利技术属于传感器
，具体涉及一种复合材料膜及其制备方法、柔性压阻传感器及其应用。

技术介绍

[0002]随着科技的不断进步，具有可穿戴性、灵活性和兼容性的柔性传感器已被广泛应用于生命功能检测、生物信号检测、疾病诊断、药物治疗和人机界面等多个领域，并已展现出极具吸引力的科技和产业转化价值。
[0003]柔性压阻材料是柔性传感器获取信息的关键因素，在很大程度上决定了传感器的灵敏度、检测限、稳定性和应用领域。柔性压阻材料的传感机理大多是基于材料本身的压阻特性，即当传感器受到外力作用发生形变时，会引起自身导电网络结构的变化从而使材料宏观电阻值发生改变，此时传感器就可以将“感知”到的机械信号转化为电信号输出。柔性压阻材料的内部结构会对传感性能产生一定的影响，相较于柔性压阻材料的传统结构，三维多孔结构具有相对较低的压缩模量，从而使其在较低的外界压力下获得较大的形变，从而提高柔性传感器的传感性能。然而现有的具有三维多孔结构的柔性压阻材料中的聚合物相与导电相的结合性能较弱，在大应力应变情况下，存在两相不可逆剥离的风险，从而降低了柔性压阻材料的灵敏度和耐久性。较低的灵敏度和耐久性制约了柔性传感器的应用范围。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种复合材料膜及其制备方法、柔性压阻传感器及其应用，利用本专利技术提供的复合材料膜制备得到的柔性压阻传感器具有较高的灵敏度。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种复合材料膜，包括多孔聚四氟乙烯基膜和分散于所述聚四氟乙烯基膜中的银线；
[0006]所述聚四氟乙烯基膜中孔结构的直径为500nm～3μm，孔隙率为38～73％；
[0007]所述银线的直径为50～500nm，长径比为100～1600。
[0008]优选的，所述银线和聚四氟乙烯基膜的质量比为0.5～1.3:1。
[0009]优选的，所述复合材料膜的厚度为100～1000μm。
[0010]本专利技术还提供了上述技术方案所述复合材料膜的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将银线和聚四氟乙烯分散于有机溶剂中，得到银线的聚四氟乙烯分散液；所述有机溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺、丙酮和N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种或多种；
[0012]将所述银线的聚四氟乙烯分散液和水混合后成膜固化，得到所述复合材料膜。
[0013]优选的，当有机溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺和丙酮时，N,N
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二甲基甲酰胺和丙酮的体积比为6～9.9:0.1～4；
[0014]当有机溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺和N
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甲基吡咯烷酮时，N,N
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二甲基甲酰胺和N
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甲基吡咯烷酮的体积比为0.1～9.9:0.1～9.9；
[0015]当有机溶剂为丙酮和N
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甲基吡咯烷酮时，丙酮和N
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甲基吡咯烷酮的体积比为0.1～5:5～9.9。
[0016]优选的，当有机溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺、丙酮和N
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甲基吡咯烷酮时，N,N
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二甲基甲酰胺、丙酮和N
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甲基吡咯烷酮的体积比为0.1～9.9:0.05～5:0.05～4.9。
[0017]优选的，所述成膜固化包括以下步骤：
[0018]将所述银线的聚四氟乙烯分散液转移至模具中；
[0019]将盛有银线的聚四氟乙烯分散液的模具浸没于水中，得到所述复合材料膜。
[0020]优选的，模具中银线的聚四氟乙烯分散液的高度为0.5～2cm。
[0021]本专利技术还提供了一种柔性压阻传感器，包括柔性压阻材料和与所述柔性压阻材料连接的电极导线；所述柔性压阻材料为上述技术方案所述复合材料膜或上述技术方案所述制备方法制备得到的复合材料膜。
[0022]本专利技术还提供了上述技术方案所述柔性压阻传感器用于人体关节应变信号的非诊断目的的检测。
[0023]本专利技术提供了一种复合材料膜，包括多孔聚四氟乙烯基膜和分散于所述聚四氟乙烯基膜中的银线；所述聚四氟乙烯基膜中孔结构的直径为500nm～3μm，孔隙率为38～73％；所述银线的直径为50～500nm，长径比为100～1600。本专利技术以具有特定孔结构的三维多孔的聚四氟乙烯作为支撑基材，以具有特定尺寸的银线作为阻变信号功能填料。本专利技术将起电学传感作用的银线与起力学传感作用的三维多孔聚四氟乙烯复合成整体，结构上相较于现有的大多柔性压阻传感器将电极层与力学传感功能层贴合的结构更加稳固。同时聚四氟乙烯基膜能够快速精准将微应力造成的形变传导到电学传感功能的银线，造成银线的滑移，从而产生电阻的变化。通过检测复合膜的电阻的变化，达到将力学信号传感为电学信号的目的，本专利技术提供的复合材料膜具有较高的力学传导效率，扩宽了应力适用范围，缩短了响应时间，提高了检测灵敏度。
附图说明
[0024]图1为柔性压阻传感器的制作流程示意图；
[0025]图2为实施例1中银线的SEM图；
[0026]图3为实施例1制备得到的复合材料膜的断面的SEM图；
[0027]图4为采用实施例1中的复合材料膜制备得到的柔性压阻传感器的灵敏度曲线图；
[0028]图5为人体各个关节部位的电阻变化率与响应时间的实际测试数据图。图a和b为手指按压模式下不同按压频率情况下的测试图；图c为手腕内部弯曲模式下的测试图；图d
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f为喉咙部位贴附模式下对语音变化的测试图；图g为手指弯曲模式下的测试图；图h为手背腕部弯曲模式下的测试图；图i为肘关节弯曲模式下的测试图。
具体实施方式
[0029]本专利技术提供了一种复合材料膜，包括多孔聚四氟乙烯基膜和分散于所述聚四氟乙烯基膜中的银线。在本专利技术中，所述聚四氟乙烯基膜中孔结构的直径为500nm～3μm，优选为1～2μm；所述聚四氟乙烯基膜的孔隙率为38～73％，优选为50～73％，更优选为60～73％。
[0030]在本专利技术中，所述银线的直径为50～500nm，优选为120～300nm；所述银线的长径
比为100～1600，优选为500～1250。
[0031]在本专利技术中，所述银线和聚四氟乙烯基膜的质量比优选为0.5～1.3:1，更优选为0.93～1:1。
[0032]在本专利技术中，所述复合材料膜的厚度优选为100～1000μm，更优选为350～700μm。
[0033]本专利技术还提供了上述技术方案所述复合材料膜的制备方法，包括以下步骤：
[0034]将银线和聚四氟乙烯分散于有机溶剂中，得到银线的聚四氟乙烯分散液；所述有机溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺、丙酮和N
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甲基吡咯烷酮中的一种或多种；
[0035]将所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料膜，包括多孔聚四氟乙烯基膜和分散于所述聚四氟乙烯基膜中的银线；所述聚四氟乙烯基膜中孔结构的直径为500nm～3μm，孔隙率为38～73％；所述银线的直径为50～500nm，长径比为100～1600。2.根据权利要求1所述复合材料膜，其特征在于，所述银线和聚四氟乙烯基膜的质量比为0.5～1.3:1。3.根据权利要求1或2所述复合材料膜，其特征在于，所述复合材料膜的厚度为100～1000μm。4.权利要求1～3任一项所述复合材料膜的制备方法，包括以下步骤：将银线和聚四氟乙烯分散于有机溶剂中，得到银线的聚四氟乙烯分散液；所述有机溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺、丙酮和N
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甲基吡咯烷酮中的一种或多种；将所述银线的聚四氟乙烯分散液和水混合后成膜固化，得到所述复合材料膜。5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，当有机溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺和丙酮时，N,N
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二甲基甲酰胺和丙酮的体积比为6～9.9:0.1～4；当有机溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺和N
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甲基吡咯烷酮时，N,N
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二甲基甲酰胺和N...

【专利技术属性】
技术研发人员：周静，侯大军，杨爽，井梦媛，陈文，饶新楠，田晶，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：