一种柔性压力传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种柔性压力传感器及其制备方法和应用，其属于柔性电子技术领域。该制备方法包括：制备导电材料MXene的旋涂液；将聚丙烯酰胺PAM作为柔性基体并制备成柔性基体溶液；通过导电材料MXene表面的带电基团和聚丙烯酰胺PAM表面的氨基和碳氧双键形成氢键的结合方式，将旋涂液和柔性基体溶液交替循环旋涂多次，且在旋涂柔性基体层时选取不同的MXene层区域进行旋涂，得到具有空隙结构的柔性压力传感器。本发明专利技术通过将MXene导电材料与柔性基体材料多次交替旋涂的方式，构建了内部具有空隙结构的柔性压力传感器。空隙结构使导电材料MXene在压力作用下可产生更大的位移变化，有利于内部形成更大的电阻变化，进而提高传感器的灵敏度。的灵敏度。的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性压力传感器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及柔性电子
，特别涉及一种柔性压力传感器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]柔性压力传感器近年来被大规模用于辅助患者康复，柔性压力传感器通过感知人体运动时产生的微小压力产生相应的信号变化，进而准确的反映人体运动信息。根据柔性压力传感器产生的信号变化，可准确检测出人体所传达的信息。失语者由于声带受损，无法正确发声(Singh A,Khatri G,Handa K K.Unusual cause of dysphagia and dysphonia[J].BMJ Case Reports,2021,14(6):2430
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2442.)；书写困难者由于大脑受损，无法进行正确的书写行为，通常表现为笔画错乱，镜像书写等(Gopee K,Soorya NR,Bellur R.Apraxic agraphia:An insight into the writing disturbances of posterior aphasias[J].Annals of Indian Academy of Neurology,2009,6:120
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123.)，导致书写表达受阻，无法通过书写传递自身想法。柔性压力传感器通过喉部肌肉运动和书写产生的微小压力，对发声时喉部肌肉运动和书写压力变化做出准确监测，并产生对应的传感波形。人体发声时和不发声时，喉部肌肉运动状态相似，因此可通过喉部肌肉运动产生的传感信号来识别发声内容，帮助失语者进行正常表达；书写困难者虽然笔画顺序、位置等与常人不同，但由于书写压力相似，可通过书写产生的传感信号来正确识别书写内容，帮助书写困难者进行准确表达。
[0003]目前，柔性压力传感器主要受制于材料的发展，导电材料在压力刺激下无法产生较大的形变，使传感器无法产生较大的电阻变化，导致传感器灵敏度较低，无法对较小的压力进行准确监测(Li L,Zheng J,Chen J,et al.Flexible pressure sensors for biomedical applications:From ex
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vivo to in
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vivo[J].Advanced Materials Interfaces,2020,7(17):667
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675.)。人体喉部肌肉运动以及书写产生的压力较小，传感器难以对这些生理活动进行准确监测，无法通过传感信号对失语者和书写困难者的真实语义进行准确判断。

技术实现思路

[0004]基于上述
技术介绍
中提出的技术问题：如何设计一种在小压力范围内具有超高灵敏度的压力传感器，本专利技术实施例提供一种柔性压力传感器及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术实施例提供一种柔性压力传感器及其制备方法，包括以下步骤：
[0006]制备导电材料MXene的旋涂液；
[0007]将聚丙烯酰胺PAM作为柔性基体并制备成柔性基体溶液；
[0008]通过导电材料MXene表面的带电基团和聚丙烯酰胺PAM表面的氨基和碳氧双键形成氢键的结合方式，将旋涂液和柔性基体溶液交替循环旋涂多次，且在旋涂柔性基体层时选取不同的MXene层区域进行旋涂，得到具有空隙结构的柔性压力传感器。
[0009]进一步地，所述旋涂液的制备，包括以下步骤：
[0010]通过盐酸和氟化锂对钛碳化铝进行刻蚀，离心洗涤去除多余盐酸和氟化锂，抽滤后进行真空干燥得到风琴层状结构的MXene粉末；
[0011]将MXene粉末均匀分散在分散溶剂中，形成不同浓度的旋涂液。
[0012]进一步地，所述盐酸浓度为6～10mol，所述氟化锂与所述钛碳化铝质量比为1：1。
[0013]进一步地，所述旋涂液浓度为30～50mg/mL。
[0014]进一步地，所述分散溶剂为无水乙醇、二氯甲烷或二甲基亚砜。
[0015]进一步地，所述旋涂液的旋涂速度为100～300r/min，所述柔性基体溶液的旋涂速度为200～600r/min；所述旋涂液和所述柔性基体溶液的旋涂次数均为2～4。
[0016]进一步地，所述柔性基体溶液的制备包括：将丙烯酰胺和过硫酸铵均匀混合，并缓慢引发聚合，形成柔性基体溶液；其中，所述丙烯酰胺的用量为2～5g，所述过硫酸铵的用量为30～60mg。
[0017]本专利技术实施例提供一种柔性压力传感器，包括：多层交替旋涂形成的导电材料MXene层和具有间隙的聚丙烯酰胺PAM层。
[0018]本专利技术实施例一种柔性压力传感器的应用，所述柔性压力传感器用于失语者和书写困难者的语义监测，所述监测包括：
[0019]将制备好的柔性压力传感器裁剪成能够与人体咽喉或桌面贴合的尺寸大小，并用连接有外部数字源表的鳄鱼夹夹持柔性压力传感器；
[0020]将柔性压力传感器贴合固定在人体咽喉处或桌面上后外部用胶带固定；
[0021]将柔性压力传感器固定在人体咽喉处时，当说出相同词语，通过正常人与失语者的喉部肌肉运动产生的传感信号，对失语者的语义进行识别；
[0022]将柔性压力传感器固定在桌面时，在柔性压力传感器上进行正常状态和非正常状态的书写，通过正常状态与非正常状态书写行为的对比，识别书写困难者的语义。
[0023]进一步地，所述柔性压力传感器裁剪成的尺寸大小包括：
[0024]用于失语者语义监测的柔性压力传感器尺寸为1.5
×
5cm，2
×
6cm，2
×
4cm；
[0025]用于书写困难者语义监测的柔性压力传感器尺寸为2
×
8cm、2
×
5cm、2
×
6cm。
[0026]本专利技术实施例提供的上述柔性压力传感器及其制备方法和应用，与现有技术相比，其有益效果如下：
[0027]本专利技术针对现有的柔性压力传感器灵敏度较低，无法对较小的压力进行准确监测等缺点，提出了一种内部含有空隙结构的柔性压力传感器，并将其用于失语者和书写困难者的真是语义监测。通过将MXene导电材料与柔性基体材料多次交替旋涂的方式，构建了内部具有空隙结构的柔性压力传感器。空隙结构使导电材料MXene在压力作用下可产生更大的位移变化，有利于内部形成更大的电阻变化，进而提高传感器的灵敏度。
[0028]具体地，首先通过盐酸和氟化锂刻蚀的方法制备了MXene导电材料，并将MXene分散在不同的溶液中，制备成不同浓度的旋涂液。随后将柔性基体配制成溶液，在模板上进行旋涂，形成柔性基体层。在柔性基体层上旋涂MXene，形成MXene层。在MXene层上的不同区域旋涂柔性基体，使各个区域旋涂的柔性基体层完全覆盖MXene层后，进行固化定型。按照以上步骤，多次重复旋涂MXene和柔性基体后，进行干燥固化，即可得到内部具有空隙结构的柔性压力传感器。该传感器能够对说话时的喉部肌肉运动进行准确监测，通过失语者本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性压力传感器及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备导电材料MXene的旋涂液；将聚丙烯酰胺PAM作为柔性基体并制备成柔性基体溶液；通过导电材料MXene表面的带电基团和聚丙烯酰胺PAM表面的氨基和碳氧双键形成氢键的结合方式，将旋涂液和柔性基体溶液交替循环旋涂多次，且在旋涂柔性基体层时选取不同的MXene层区域进行旋涂，得到具有空隙结构的柔性压力传感器。2.如权利要求1所述的柔性压力传感器及其制备方法，其特征在于，所述旋涂液的制备，包括以下步骤：通过盐酸和氟化锂对钛碳化铝进行刻蚀，离心洗涤去除多余盐酸和氟化锂，抽滤后进行真空干燥得到风琴层状结构的MXene粉末；将MXene粉末均匀分散在分散溶剂中，形成不同浓度的旋涂液。3.如权利要求2所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述盐酸浓度为6～10mol，所述氟化锂与所述钛碳化铝质量比为1：1。4.如权利要求2所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述旋涂液浓度为30～50mg/mL。5.如权利要求2所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述分散溶剂为无水乙醇、二氯甲烷或二甲基亚砜。6.如权利要求1所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述旋涂液的旋涂速度为100～300r/min，所述柔性基体溶液的旋涂速度为200～600r/min；所述旋涂液和所述柔性基体溶液的旋涂次数均为2～4。7.如权利要求1所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述柔性基体溶液的制备包括：将丙烯酰...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜玉章，孔杰，陆文轩，刘熠琛，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：