大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器制备方法，涉及纳米纤维材料技术领域，包括：采用水浴静电纺丝法，在导电芯纱上包覆聚酰胺6PA6纳米纤维，制得纳米纤维包芯纱；将制备好的纳米纤维包芯纱分成2份，一份用中性染料进行染色，以作颜色区分；将染色纤维包芯纱和白色纤维包芯纱并列卷绕到橡筋上，制备双螺旋结构柔性电容传感器；解决了现有技术中的股线结构的传感器单位长度内两个极板的正对面积相对较小，电容器的电容值较小；同时无论是在其长度方向还是直径方向受外力作用时的形变都很小，限制了其在大应变场景下的应用的问题。用的问题。用的问题。

【技术实现步骤摘要】
大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米纤维材料
，具体为一种大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]可穿戴技术与智能材料的不断发展进步，新型柔性传感器逐渐受到广泛关注，这一研究趋势得益于柔性可穿戴传感器具有质轻、成本低、服用性佳、应用方便广泛且高效的特点，在体育运动、生物医疗、人机交互等领域应用前景广阔。
[0003]柔性电容式传感器是一种基于柔性化平行电极板结构的传感器，当其受到外部机械压力时，会引起两极板间距离和相对面积的变化，从而产生电容信号的变化，此类传感器具备结构简单，制作方便，灵敏性好且性能稳定等优点，是目前柔性可穿戴器件研究领域常见的传感器之一。
[0004]从宏观结构上，电容式柔性传感器根据结构可分为二维平面结构和一维纱线状结构；二维平面结构一般是以赋予导电性能的薄膜、织物等柔性材料作为电极板，以织物、聚氨酯、硅胶等低模量绝缘物质作为介电层，两部分相互组合形成“三明治”形式结构的电容式柔性传感器。
[0005]与一维线状结构相比，二维结构的电容式柔性传感器存在回弹性差，信号不稳定等缺点。
[0006]一维线状结构的电容式柔性传感器的制备方法主要是在导电纱线表面，通过静电纺丝、涂覆、原位聚合等后处理方法附着介电层，然后根据电容器原理组装形成。
[0007]随着材料与技术的发展，为了使得传感器的传感性能更佳，改进其舒适性，无论是十字交叉型还是多层循环包覆都存在着制备工艺复杂，导电层外露易脱落等缺陷。而通过静电纺丝技术在导电纱线表面包覆纳米纤维层，以此制备的纳米纤维包芯纱，能够一定程度上改善纱线的力学性能，保护导电层，且纳米纤维绝缘包覆层能够充当电容式传感器中的介电层，但股线结构的传感器单位长度内两个极板的正对面积相对较小，电容器的电容值较小；同时无论是在其长度方向还是直径方向受外力作用时的形变都很小，限制了其在大应变场景下的应用。

技术实现思路

[0008](一)解决的技术问题
[0009]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器及其制备方法，解决了上述
技术介绍
中提出的股线结构的传感器单位长度内两个极板的正对面积相对较小，电容器的电容值较小；同时无论是在其长度方向还是直径方向受外力作用时的形变都很小，限制了其在大应变场景下的应用的问题。
[0010](二)技术方案
[0011]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0012]一种大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器制备方法，包括：
[0013]采用水浴静电纺丝法，在导电芯纱上包覆聚酰胺6PA6纳米纤维，制得纳米纤维包芯纱；
[0014]将制备好的纳米纤维包芯纱分成2份，一份用中性染料进行染色，以作颜色区分；
[0015]将染色纤维包芯纱和白色纤维包芯纱并列卷绕到橡筋上，制备双螺旋结构柔性电容传感器。
[0016]优选地，所述采用水浴静电纺丝法，在导电芯纱上包覆聚酰胺6PA6纳米纤维，制得纳米纤维包芯纱，包括：
[0017]将PA6粉末溶解于甲酸溶液中，经过充分搅拌得到质量分数为10
‑
20％的静电纺丝液；
[0018]将适量平平加O溶解在去离子水中，得到浓度为0.5％
‑
1.2％的液体，作为静电纺丝纳米纤维的接收浴；
[0019]左侧为卷取辊，右侧为退绕辊；
[0020]导电芯纱先从右侧的退绕辊上退绕，从接收浴槽的上表面通过；
[0021]接收浴槽内盛有与槽面平行的平平加O液体，上方为一组水平排列的静电纺丝针头；
[0022]针头与注射器之间通过软管进行连接，同时针头与接收浴之间形成高压电场，由注射器射出的纺丝液在高压电场的作用下，被牵伸成纳米纤维，沉积在芯纱表面；
[0023]经过烘干装置，被卷绕在左侧的卷取辊上，最终得到纳米纤维包芯纱。
[0024]优选地，所述导电芯纱采用导电纤维材料。
[0025]优选地，所述一份用中性染料进行染色以作颜色区分，包括：染色时间为1h，染色温度为30℃，染料浓度为8％。
[0026]优选地，所述将染色纤维包芯纱和白色纤维包芯纱并列卷绕到橡筋上，其纱线卷绕密度为15
‑
30圈/cm。
[0027]本专利技术还提供一种大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器，所述大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器采用如前任一所述的一种大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器制备方法制备。
[0028](三)有益效果
[0029]本专利技术提供了一种大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器及其制备方法。具备以下有益效果：
[0030]本专利技术采用水浴静电纺丝法制备了以导电纤维材料为芯纱，PA6纳米纤维为皮层的纳米纤维包芯纱，将其缠绕在橡筋上制备了应变
‑
电容式传感器；
[0031]利用水浴静电纺丝技术在导电纱线表面包缠纳米纤维形成纳米纤维包芯纱，然后将两根纳米纤维包芯纱并排双螺旋状缠绕在橡筋上，导电纱线作为电容器的极板，纳米纤维层作为绝缘的介电层，形成线形一维结构的电容器，因橡筋或弹性长丝具有很大的变形能力，可以很容易通过拉伸改变长度，从而改变纳米纤维包芯纱之间的距离，即电容器极板间距，达到改变电容的目的传感器表现出较好的应变
‑
电容传感性能，其电容值随拉伸距离的增大逐渐减小，在应变较小时，具有良好的线性度和敏感性；随着应变的增大，线性度及敏感度逐渐减弱，经过长时间的循环拉伸循环动作，传感器电容值保持稳定，重复性和稳定
性良好，拉伸速度的变化对其传感性能基本无影响，适应于大应变工作场景。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实施例提供的一种大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器制备方法流程图；
[0033]图2为本专利技术实施例提供的一种大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器制备方法中的水浴静电纺丝装置示意图；
[0034]图3为本专利技术实施例提供的一种大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器传感原理图；
[0035]图4为基于本专利技术实施例方法制备的大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器的应变大小对传感器相对电容值的影响曲线。
[0036]图5为基于本专利技术实施例方法制备的大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器对膝部不同运动的监测曲线。
具体实施方式
[0037]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0038]如图1所示，一种大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器制备方法，包括：
[0039]S1采用水浴静电纺丝法，在导电芯纱上包覆聚酰胺6PA6纳米纤维，制得纳米纤维包芯纱；
[0040]S2将制备好的纳米纤维包芯纱分成2份，一份用中性染料进行染色，以作颜色区分；
[0041]S3将染色纤维包芯纱和白色纤维包芯纱并列卷绕到橡筋上，制备双螺旋结构柔性电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器制备方法，其特征在于，包括：采用水浴静电纺丝法，在导电芯纱上包覆聚酰胺6PA6纳米纤维，制得纳米纤维包芯纱；将制备好的纳米纤维包芯纱分成2份，一份用中性染料进行染色，以作颜色区分；将染色纤维包芯纱和白色纤维包芯纱并列卷绕到橡筋上，制备双螺旋结构柔性电容传感器。2.根据权利要求1所述的一种大应变线形双螺旋结构柔性电容传感器制备方法，其特征在于，所述采用水浴静电纺丝法，在导电芯纱上包覆聚酰胺6PA6纳米纤维，制得纳米纤维包芯纱，包括：将PA6粉末溶解于甲酸溶液中，经过充分搅拌得到质量分数为10
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20％的静电纺丝液；将适量平平加O溶解在去离子水中，得到浓度为0.5％
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1.2％的液体，作为静电纺丝纳米纤维的接收浴；左侧为卷取辊，右侧为退绕辊；导电芯纱先从右侧的退绕辊上退绕，从接收浴槽的上表面通过；接收浴槽内盛有与槽面平行的平平加O液体，上方为一组水平排列的静电纺丝针头；针头与注射器之间通过软管...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪剑寒，韩潇，范梦晶，吴玲娅，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：