一种柔性应变传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种柔性应变传感器及其制备方法和应用，其涉及柔性电子技术领域。该制备方法包括：制备导电材料MXene的分散液；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，将分散液和柔性基体溶液交替循环旋涂多次，得到层层结构的柔性应变传感器。该将导电材料MXene和柔性基体聚丙烯酰胺PAM通过层层循环旋涂的方法进行有效结合，在干燥固化成型后裁剪成合适的大小，固定于人体不同部位，对小幅度的生理活动进行监测。相比于其他灵敏度较低的传感器，能够辅助医师对帕金森疾病的临床症状进行有效诊断，对患者的治疗具有十分重要的意义。重要的意义。重要的意义。

【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]本专利技术涉及柔性电子
，特别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]柔性应变传感器近年来被大规模用于健康监测，可对人体生理活动做出实时监测，帮助医师准确判断人体疾病。帕金森又名震颤麻痹，是一种影响患者神经中枢的慢性疾病，临床表现为身体不同部位无意识颤抖，早中期症状如手腕颤抖、手指颤抖等，晚期症状如头部晃动、肌肉僵直等(Sveinbjornsdottir S.The clinical symptoms of Parkinson's disease[J].Journal of Neurochemistry,2016,139:318
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324.)。由于帕金森的临床症状表现微弱，身体运动幅度小于10％，难以进行量化诊断，对患者的诊断治疗造成了不小的阻碍。因此设计出一种在小应变范围内具有超高灵敏度的应变传感器，将其用于帕金森不同时期临床症状的诊断，对帕金森疾病的治疗具有十分重要的意义。
[0003]目前，柔性应变传感器主要受制于材料的发展，导电材料与柔性基体间无法产生强的界面作用，使传感器内部导电通路不能随外界刺激产生显著的电阻变化(Huang W,Dong X,Cai Y.Wearable and flexible electronic strain sensor[J].Chinese Science Bulletin,2016,62(7):635
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649.)，导致传感器灵敏度较低。帕金森临床症状引起的很多人体生理运动(如手指颤抖、手腕颤抖、头部晃动等)的运动幅度很小，传感器无法有效捕捉这些生理活动，产生对应的传感信号。因此对这些人体生理活动的监测造成了困难，不利于疾病临床诊断的进行。

技术实现思路

[0004]基于上述
技术介绍
中提出的技术问题：如何设计一种在小应变范围内具有超高灵敏度的应变传感器，本专利技术实施例提供一种柔性应变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应变传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0006]制备导电材料MXene的分散液；
[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，将分散液和柔性基体溶液交替循环旋涂多次，得到层层结构的柔性应变传感器。
[0009]进一步地，所述分散液的制备，包括以下步骤：
[0010]通过盐酸和氟化锂对钛碳化铝进行刻蚀以剥离钛碳化铝中的铝元素、离心洗涤、超声震荡分层、真空干燥后得到MXene粉末；
[0011]将MXene粉末均匀分散在分散溶剂中，形成不同浓度的分散液。
[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的质量比为1：1。
[0013]进一步地，所述分散液浓度为50～80mg/mL。
[0014]进一步地，所述分散溶剂为无水乙醇、丙酮、二甲基亚砜或去离子水。
[0015]进一步地，所述分散液和所述柔性基体溶液的旋涂速度均为300～500r/min，所述分散液和所述柔性基体溶液的旋涂次数均为2～4次。
[0016]进一步地，所述分散液和所述柔性基体溶液体积比为1：1。
[0017]本专利技术实施例提供一种柔性应变传感器，包括：多层交替旋涂形成的导电材料MXene薄膜和聚丙烯酰胺PAM薄膜。
[0018]本专利技术实施例提供一种柔性应变传感器的应用，所述柔性应变传感器用于帕金森临床症状的监测，所述监测包括以下步骤：
[0019]将制备好的柔性应变传感器裁剪成能够与人体贴合的尺寸大小，用铝箔或铜箔包裹柔性应变传感器两端，并用连接有外部数字源表的鳄鱼夹夹持包裹有铝箔或铜箔的柔性应变传感器；
[0020]将柔性应变传感器贴合固定在人体所需测试部位后外部用胶带固定；
[0021]当人体产生帕金森症状时，通过柔性应变传感器产生的传感信号对帕金森症状进行监测；
[0022]其中，所述所需测试部位包括：手指关节、手腕关节、手肘、咽喉，对应地所述帕金森症状包括：手指颤抖、手腕颤抖、手肘弯曲、头部晃动。
[0023]进一步地，所述柔性应变传感器裁剪成的尺寸大小为1
×
5cm，2
×
8cm，1.5
×
5cm。
[0024]本专利技术实施例提供的上述柔性应变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：
[0025]本专利技术针对现有的柔性应变传感器在小范围内灵敏度较低，对人体小幅度的生理运动无法有效监测等缺点，提出了一种在小范围内具有高灵敏度的柔性应变传感器及其制备方法。该方法将导电材料MXene和柔性基体聚丙烯酰胺(PAM)通过层层循环旋涂的方法进行有效结合，在干燥固化成型后裁剪成合适的大小，固定于人体不同部位，对小幅度的生理活动进行监测。
[0026]具体地，通过盐酸和氟化锂对钛碳化铝进行刻蚀，对钛碳化铝中的铝元素进行剥离，并通过插层剂对导电材料MXene进行分层处理，干燥后可得到MXene粉末；将MXene粉末配制成不同浓度的分散液；使用聚丙烯酰胺PAM作为柔性基体，通过两者表面的带电基团形成大量氢键使两者有效结合；将PAM溶液和MXene分散液循环旋涂多次，得到柔性应变传感器；将传感器裁剪成合适的大小后固定于人体不同部位，对不同部位的生理运动进行传感监测。实验结果证明：通过多次旋涂构建的柔性应变传感器在10％应变范围内具有GF＝296.8的超高灵敏度，能够对帕金森疾病的多种临床症状(手指颤抖、手腕颤抖、头部晃动等)进行有效监测，相比于其他灵敏度较低的传感器，能够辅助医师对帕金森疾病的临床症状进行有效诊断，对患者的治疗具有十分重要的意义。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实例1制备的柔性应变传感器对手指运动监测的实物图；
[0028]图2为本专利技术实例1制备的柔性应变传感器的微观形貌及灵敏度；
[0029]图3为本专利技术实例2制备的柔性应变传感器对帕金森手指颤抖的效果图；
[0030]图4为本专利技术实例3制备的柔性应变传感器对手腕颤抖的传感效果图；
[0031]图5为本专利技术实例4制备出的柔性应变传感器对手肘弯曲不同角度的传感效果图；
[0032]图6为本专利技术实例5制备出的柔性应变传感器对人体头部晃动时产生的信号变化图。
具体实施方式
[0033]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0034]帕金森疾病又名震颤麻痹，是一种神经性疾病。患者在患病的前初期往往表现为手指和手腕不受控制的颤抖，中晚期症状为手肘弯曲困难和头部不受控制的晃动，但帕金森临床症状导致的人体运动幅度较小，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的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备导电材料MXene的分散液；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，将分散液和柔性基体溶液交替循环旋涂多次，得到层层结构的柔性应变传感器。2.如权利要求1所述的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，所述分散液的制备，包括以下步骤：通过盐酸和氟化锂对钛碳化铝进行刻蚀以剥离钛碳化铝中的铝元素、离心洗涤、超声震荡分层、真空干燥后得到MXene粉末；将MXene粉末均匀分散在分散溶剂中，形成不同浓度的分散液。3.如权利要求2所述的柔性应变传感器的制备方法，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的质量比为1：1。4.如权利要求2所述的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，所述分散液浓度为50～80mg/mL。5.如权利要求2所述的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，所述分散溶剂为无水乙醇、丙酮、二甲基亚砜或去离子水。6.如权利要求1所述的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，所述分散液和所述柔性基体溶液的旋涂速度均为300～500r/min，所述分散液和所述柔...

【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：