电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开的电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器及其制备方法，属于柔性应变传感器和柔性可穿戴电子学技术领域，具体包括乳胶管，穿过乳胶管的弹力线，以及两个分别固定在弹力线/乳胶管两端的不同活泼性的电极；弹力线被敏感材料盐溶液浸涂，使两个电极处发生氧化还原反应，输出传感电压/电流，实现自供电；通过拉伸弹力线/乳胶管，增大传感器的内阻，降低传感电流输出，实现应变感知。本发明专利技术基于原电池原理实现传感器的自供电，并利用浸涂敏感材料盐溶液的弹力线实现应变检测，同时满足了静态应变与动态应变的检测需求，解决了压电型与摩擦电型应变传感器无法检测静态应变等不足。足。足。

【技术实现步骤摘要】
电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于柔性应变传感器和柔性可穿戴电子学
，具体涉及电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]柔性应变传感器广泛应用于健康医疗、人机交互、智能机器人、智能建筑、飞行器等领域。截至目前，柔性应变传感器主要包括电阻型、电容型、压电型和摩擦电型。专利CN 108332647A公布了一种柔性电阻式应变传感器，包括：绝缘的柔性衬底以及金属玻璃薄膜，金属玻璃薄膜作为应变敏感材料沉积在所述柔性衬底上。专利CN 112815823 A公布了一种基于柔性平板电容器的柔性高拉伸应变传感器，包括功能组件、绝缘封装组件、连接组件和导出电极组件。专利CN 113358016 A公布了一种基于压电效应的柔性应变传感器，包括柔性压电结构、两个电极导联结构和两层绝缘封装层。专利CN 114438657 A公布了一种低成本摩擦发电针织间隔织物，具有复合层结构，由上到下依次为顶层、间隔层和底层，顶层和底层通过间隔层连接。其中，电阻型和电容型应变传感器需要外部电源供电才能正常使用。虽然压电型和摩擦电型应变传感器可实现自供能，但其只能检测动态应变，无法满足静态应变检测需求，如：建筑物(桥梁、房屋等)结构变形监测、机器人姿态感知、飞行器姿态感知等。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于针对上述现有技术中的问题，提供电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器及其制备方法，同时满足静态应变与动态应变的检测需求。
[0004]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0005]电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器，其特征在于，包括乳胶管，穿过乳胶管的弹力线，以及两个分别固定在弹力线/乳胶管两端的不同活泼性的电极；所述弹力线被敏感材料盐溶液浸涂，使两个电极处发生氧化还原反应，输出传感电压/电流，实现自供电；通过拉伸弹力线/乳胶管，增大传感器的内阻，降低传感电流输出，实现应变感知。
[0006]进一步地，所述弹力线的材质为涤纶或锦纶。
[0007]进一步地，所述弹力线的根数为1～10根，通过增加弹力线的根数(相当于增大传感器的截面积)，降低传感器的内阻，进而增大传感电流输出。
[0008]进一步地，所述敏感材料盐溶液为导电材料盐溶液，具体为碳纳米管/氯化锂盐溶液、炭黑/氯化锂盐溶液、MXene(二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物)/氯化锂盐溶液、石墨烯/氯化锂盐溶液、碳纳米管/氯化钠盐溶液、炭黑/氯化钠盐溶液、Mxene(二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物)/氯化钠盐溶液、石墨烯/氯化钠盐溶液中的一种；其中，盐的作用在于为传感器提供自由移动的离子，确保两个电极处有氧化还原反应发生；导电材料的作用一方面降低传感器的内阻，增大传感电流输出，另一方面在拉伸应变下，增大导电材料间的距离，导致传感器的内阻增大，传感电流输出减小，进而实现应变传感。
[0009]进一步地，所述导电材料盐溶液中导电材料的浓度为1～10wt％，盐的浓度为0.5～2.0mol/L。
[0010]进一步地，所述弹力线被敏感材料盐溶液浸涂5～15min。
[0011]进一步地，两个不同活泼性的电极为铜
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铝电极、铜
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锌电极、铜
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银电极、碳
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石墨/二氧化锰电极、锌
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锰/石墨电极中的一种。
[0012]进一步地，所述乳胶管用于封装弹力线，避免敏感材料盐溶液的水分子流失，确保传感器的长时间发电。
[0013]进一步地，所述电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器在静态应变和动态应变下均有传感电流输出。
[0014]本专利技术还提出了上述电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0015](1)将弹力线浸泡于敏感材料盐溶液中5～15min；
[0016](2)将弹力线穿过乳胶管；
[0017](3)将两个活泼性不同的电极分别粘贴于弹力线/乳胶管两侧。
[0018]本专利技术的有益效果为：
[0019]本专利技术提出的电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器及其制备方法，基于原电池原理实现传感器的自供电，并利用浸涂敏感材料盐溶液的弹力线实现应变检测，同时满足了静态应变与动态应变的检测需求，解决了压电型与摩擦电型应变传感器无法检测静态应变等不足。
附图说明
[0020]图1为实施例1提供的电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器的三维透视图；
[0021]图2为实施例1提供的电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器的正视图；
[0022]图3为实施例1提供的电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器的侧视图；
[0023]图4为实施例1提供的电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器的俯视图；
[0024]图5为实施例1提供的电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器的1
‑
1剖面图；
[0025]图6为实施例1提供的电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器在不同负载电阻下的输出电压与电流曲线；
[0026]图7为实施例1提供的电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器在不同应变下的电流响应曲线；
[0027]图8为实施例1提供的电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器在20％应变下的实时电流响应曲线；
[0028]图9为实施例1提供的电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器对手指弯曲的实时电流响应曲线；
[0029]附图标记：
[0030]1为弹力线，2为乳胶管，3和4为两个不同活泼性的电极。
具体实施方式
[0031]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图与实施例对
本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0032]实施例1
[0033]本实施例提供了电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器，结构如图1～5所示，包括乳胶管2，穿过乳胶管2的弹力线1，以及两个分别固定在弹力线1/乳胶管2两端的不同活泼性的电极3、4。
[0034]其中，弹力线1的材质为涤纶，根数为1根，3cm长，被碳纳米管(10wt％)/氯化锂(1.0mol/L)盐溶液浸涂；两个不同活泼性的电极3、4为铜
‑
铝电极。
[0035]本实施例制备电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器的方法包括以下步骤：
[0036]步骤1、将一根弹力线1浸泡于碳纳米管(10wt％)/氯化锂(1.0mol/L)盐溶液中15min；
[0037]步骤2、将弹力线1穿过乳胶管2；
[0038]步骤3、将铜胶带和铝胶带分别粘贴于弹力线1/乳胶管2两端。
[0039]在本实施例中，由于弹力线1被碳纳米管(10wt％)/氯化锂(1.0mol/L)盐溶液浸涂，使两个电极3、4处发生氧化还原反应，基于原电池原理输出传感电压/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器，其特征在于，包括乳胶管，穿过乳胶管的弹力线，以及两个分别固定在弹力线/乳胶管两端的不同活泼性的电极；所述弹力线被敏感材料盐溶液浸涂，使两个电极处发生氧化还原反应，输出传感电压/电流，实现自供电；通过拉伸弹力线/乳胶管，降低传感电流输出，实现应变感知。2.根据权利要求1所述电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器，其特征在于，所述弹力线的材质为涤纶或锦纶。3.根据权利要求1所述电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器，其特征在于，所述弹力线的根数为1～10根，通过增加弹力线的根数，增大传感电流输出。4.根据权利要求1所述电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器，其特征在于，所述敏感材料盐溶液为导电材料盐溶液，具体为碳纳米管/氯化锂盐溶液、炭黑/氯化锂盐溶液、MXene/氯化锂盐溶液、石墨烯/氯化锂盐溶液、碳纳米管/氯化钠盐溶液、炭黑/氯化钠盐溶液、Mxene/氯化钠盐溶液、石墨烯/氯化钠盐溶液中的一种。5.根据权利要求4所述电化学自供电静态/动态拉伸应变传感器，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：段再华，黄琦，太惠玲，蒋亚东，袁震，吴援明，李昊，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：