本发明专利技术公开了一种基于桑蚕丝织物的可穿戴柔性多层结构的压阻式传感器及其制备方法，属于可穿戴压阻传感器领域。本发明专利技术要解决传统的纤维传感器存在电导率低、厚度不理想、柔韧性较差、制备工艺复杂和成本高等技术问题。本发明专利技术先在Tris盐溶液中，将聚多巴胺包覆到桑蚕丝织物上，随后加硝酸银和抗坏血酸，在复合纤维织物上包覆银纳米粒子；随采用多次浸涂的方法将MXene包覆在复合纤维织物上；随后使用电化学法在复合纤维织物表面包覆一层聚吡咯，最后使用3M胶带、PDMS和导电银浆对其封装，得到了所述传感器。本发明专利技术的制备方法简单、成本低，并且性能优异，在健康监测、运动监测、运动监测、人工智能、可穿戴设备和人机交互等领域具有很大的发展潜力。有很大的发展潜力。有很大的发展潜力。
【技术实现步骤摘要】
一种基于桑蚕丝织物的可穿戴柔性多层结构的压阻式传感器及其制备方法
[0001]本专利技术属于可穿戴柔性传感器的
，具体地说，涉及一种基于桑蚕丝织物的可穿戴柔性多层结构的压阻式传感器及其制备方法；基于桑蚕丝织物的可穿戴柔性多层结构的压阻式传感器主要用于健康监测、运动监测、运动监测、人工智能、可穿戴设备和人机交互等领域。
技术介绍
[0002]近年来，随着科学技术的飞速发展和人们对美好生活的期望，人们对于柔性可穿戴传感器的需求日益增长。压阻传感器因其原理简单、制备容易、成本低、性能优异等优点，在人工智能、可穿戴电子设备、健康监测、运动监测和人机交互等领域具有广泛的应用，日益受到科研人员的广泛关注。然而，以往的柔性可穿戴压阻传感器仍然普遍存在灵敏度低、响应速度慢、循环稳定性差、可穿戴性差和与人体相容性不好等方面的问题，限制了柔性压阻式传感器的应用。
[0003]现有技术存在的问题：
[0004]多孔结构的传感器由于其厚度大、可穿戴性差、灵敏度低等问题，制约了其的应用。
[0005]二维微结构传感器中，由于技术的限制，微观结构制备的不理想，主要在于不可大规模制备、制备工艺复杂、成本高、信噪比低和性能不理想等。
[0006]传统的纤维织物传感器存在电导率低、厚度不理想、柔韧性较差、制备工艺复杂和成本高等问题。
[0007]封装方法不理想，只是采用了简单的胶带封装等方法，很难应用于工业生产与实际应用。
技术实现思路
[0008]本专利技术要解决上述技术问题，而提供了一种基于桑蚕丝织物的可穿戴柔性多层结构的压阻式传感器制备方法。
[0009]为了提高基于纤维织物的可穿戴柔性压阻式传感器的性能，科研人员将多种导电材料应用于传感器的设计中，尝试过的导电材料主要有碳材料(炭黑、碳纳米管、石墨烯等)、金属纳米材料(金属纳米线、金属纳米颗粒等)、MXene、金属有机框架、导电聚合物等等。
[0010]AgNPs(银纳米颗粒)具有零维纳米结构和优异的导电性，将AgNPs加载到桑蚕丝纤维织物上，制备方法简单，成本低，导电性良好，并且不破坏桑蚕丝纤维织物的结构。可作为柔性可穿戴纤维织物类传感器的导电导电材料使用。
[0011]MXene是一种新型的二维材料，它是二维过渡金属碳/氮化物，其具有高导电性、优异的导热性和良好的亲水性。Mn+1XnTx是其结构式，M是过渡金属(如Ti、V、Zr等)，X是碳或
氮，T是存在于其中的一些官能团(如－OH，－O，－F等)，这些基团使其具备优异的亲水性。MXene在很多领域的应用中，如超级电容器、柔性传感器、能源、催化、电磁屏蔽等，扮演着重要的角色。十分适合于柔性压阻式传感器的制作。
[0012]聚吡咯是一种典型的导电聚合物，可以采用化学氧化法和电化学法合成，其具有空气稳定性好、易于电化学聚合成膜、导电率高、机械性能好、无毒等优点，十分适合于柔性压阻式传感器的制作。
[0013]桑蚕丝纤维织物是一种天然的蛋白质纤维织物，它具有特别纤薄、柔软、质量轻等优点，十分适合作为高性能传感器和其他智能器件的基体。
[0014]PDMS以其人体相容性好、无毒无害、机械性能优异和易于制备等优点，非常适合作为柔性可穿戴传感器的封装材料。
[0015]本专利技术采用在Tris盐调节pH值为7.5
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9.5(优选为8.3)的溶液中，加入盐酸多巴胺，使其聚合的方法，将聚多巴胺包覆到桑蚕丝织物上。
[0016]本专利技术采用在溶液中加入一定量的硝酸银和抗坏血酸，使其充分反应的方法，在桑蚕丝复合纤维织物上包覆一层银纳米粒子。
[0017]本专利技术采用多次浸涂法，将MXene包覆到复合纤维织物上。
[0018]本专利技术采用电化学法，在复合纤维织物上包覆一层聚吡咯。该方法具有无毒无害、可控性强、反应效率高和成本低等优点。
[0019]本专利技术使用3M胶带、PDMS和导电银浆进行封装，使传感器的性能充分发挥出来。特点是经济、简单，并且性能优越。
[0020]为了解决上述技术问题，本专利技术采取了以下的技术方案：
[0021]本专利技术提供了一种基于桑蚕丝织物的可穿戴柔性多层结构的压阻式传感器制备方法，所述制备方法是按下述步骤进行的：
[0022]步骤一、依次用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗桑蚕丝纤维织物；
[0023]步骤二、向反应容器中加入一定量的无水乙醇和一定量的去离子水得到乙醇水溶液，再称取一定量的Tris加入到乙醇水溶液，以调节PH值，为10.0～11.0，再称取一定量的DA(丙烯酸
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N,N
‑
二甲胺基乙酯)，加入上述溶液，用PH计测量PH值为7.5
‑
9.5，将桑蚕丝纤维织物加入溶液中，在室温下用磁力搅拌器搅拌24小时，然后置于烘箱内干燥处理，得到PDA@桑蚕丝纤维织物；
[0024]步骤三、将步骤一获得的PDA@桑蚕纤维织物加入到一定量的一定浓度的AgNO3溶液中，并在室温下搅拌一定时间，然后将一定量的一定浓度的抗坏血酸水溶液在一定时间内内逐渐加入到上述AgNO3溶液中，继续搅拌一定时间后停止反应，取出织物，依次用大量的无水乙醇和去离子水洗涤，然后置于烘箱内干燥处理，得到表面生成大量银颗粒的织物；
[0025]步骤四、采用浸涂法制备MXene@Ag@PDA@桑蚕丝纤维织物，具体操作如下：将一定量的一定浓度的MXene分散液浸涂到一定大小的PDA@桑蚕丝纤维织物上，放入烘箱内干燥；
[0026]步骤五、重复步骤四的浸涂1次～9次；
[0027]步骤六、电化学法制备PPy@MXene@Ag@PDA@桑蚕丝纤维织物：称取一定量的吡咯和一定量的对甲苯磺酸，加入一定量的离子水中，搅拌均匀；然后通过电化学法合成聚吡咯薄膜；完成PPy@MXene@Ag@PDA@桑蚕丝纤维织物的制备，封装，得到所述传感器。
[0028]进一步地限定，步骤六：使用导电银浆在上、下两层纤维织物上连接柔软的导线，
再分别制备成5层的多层结构传感器。然后，使用3M胶带将其密封，最后在其表面涂敷一层PDMS树脂，放入烘箱使其固化。完成对其的封装。
[0029]其中，步骤六中的导线为除去绝缘层的铜导线。
[0030]进一步地限定，步骤二中桑蚕丝与溶液的质量比为1：20～1：100。
[0031]进一步地限定，步骤三中硝酸银的浓度为0.01mol/mL～0.08mol/mL。
[0032]进一步地限定，以4cm
×
4cm织物计，步骤三中硝酸银的加入量为20mL～80mL。
[0033]进一步地限定，步骤三中抗坏血酸水溶液的浓度为0.01mol/mL到0.08mol/mL。
[0034]进一步地限定，步骤三中抗坏血酸水溶液的加入量为20mL
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80mL。
[0035]进一步地限定，步骤三中反应时间为0.5小时
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4小时。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于桑蚕丝织物的可穿戴柔性多层结构的压阻式传感器的制备方法，其特征在于所述制备方法是按下述步骤进行的：步骤一、依次用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗桑蚕丝纤维织物；步骤二、将无水乙醇和去离子水混匀，加入Tris调pH值为10.0～11.0，然后加入DA将pH值控制在7.5
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9.5，再加入步骤一处理后的桑蚕丝纤维织物，尔后室温下用搅拌24h，再干燥，得到PDA@桑蚕丝纤维织物；步骤三、将PDA@桑蚕丝纤维织物加到AgNO3溶液中，室温下搅拌，边搅拌边逐滴滴加抗坏血酸水溶液，继续搅拌，反应完毕后取出织物，依次用无水乙醇和去离子水洗涤，再干燥，得到PDA@桑蚕丝纤维织物；步骤四、MXene分散液浸涂到PDA@桑蚕丝纤维织物上，再干燥；步骤五、步骤四操作1次～9次；步骤六、将吡咯和对甲苯磺酸去离子水中，搅拌均匀，加入步骤五处理后的织物，通过电化学法包覆聚吡咯，得到PPy@MXene@Ag@PDA@桑蚕丝纤维织物，封装后得到所述传感器。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤二中桑蚕丝纤维织物与溶液的质量比为1∶(20～100)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤三中AgNO3溶液的浓度为0.01mol/mL～0.08mol/...
【专利技术属性】
技术研发人员：翁凌，吴迪，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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