一种高灵敏度可拉伸纤维传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高灵敏度可拉伸纤维传感器及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度可拉伸纤维传感器及其制备方法


[0001]本申请涉及材料
，尤其涉及一种高灵敏度可拉伸纤维传感器及其制备方法
。

技术介绍

[0002]随着
5G
信息时代到来及电子器件的蓬勃发展，通过电子信号采集实时监控人体运动及健康行为成为可能
。
由于人们对织物的需求不断增加，相比于御寒保暖的传统纤维织物，可拉伸纤维传感器通过检测其在拉伸弯曲等应变下的电信号变化，可记录人体运动模式及应变程度，有望实现对人体运动的实时监测
。
然而，这对可拉伸纤维传感器性能提出了较高要求
。
最为重要的，纤维传感器需要具有很高的灵敏度因子，以确保纤维在极小应变下具有明显的电信号变化从而实现对人体一些微小运动行为的检测
。
同时，纤维需要兼具一定的延伸率，能够满足人体运动中的一些应变行为
。
[0003]目前，柔性轻质纤维传感器的设计主要采用导电碳材料或导电材料
/
聚合物复合材料
。
然而，存在严重的局限性
。
纯导电碳材料纤维通常具有明显的脆性，具有很低的延伸率无法满足人体运动的一些大应变检测
。
而导电材料
/
聚合物复合材料体系虽然显著优化了纤维的延伸率，但是考虑到其导电性较差，传感灵敏度较低，对一些小应变信号难以检测
。
[0004]因此，如何对纤维传感器进行结构设计，优化其灵敏度，实现一种能够具有高灵敏度可拉伸纤维传感器具有重大意义
。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本申请实施例提供一种高灵敏度可拉伸纤维传感器及其制备方法
。
本申请区别于一般的纤维传感器，该种可拉伸纤维传感器具有高灵敏度，可实现微小应变的检测
。
同时兼具良好的导电性与循环拉伸稳定性，可应用于编织传感织物以检测人体运动信号
。
[0006]根据本申请实施例的第一方面，提供一种高灵敏度可拉伸纤维传感器，至少包括一软段纤维和一硬段纤维，所述硬段纤维的杨氏模量为
100Ga
以下，所述软段纤维的杨氏模量为
10GPa
以下，所述硬段纤维的杨氏模量是软段纤维的杨氏模量的两倍以上
。
[0007]可选的，所述软段纤维和硬段纤维为导电纤维或表面具有导电涂层的绝缘纤维
。
[0008]所述软段纤维和硬段纤维均由可拉伸的绝缘纯净物或混合物组成；
[0009]可选的，所述导电纤维和导电涂层为导电且可拉伸的纯净物或混合物
。
[0010]可选的，所述软段纤维和硬段纤维的材料选自：聚氨酯
(PU)、
聚烯系弹性体
(TPO)、
硫化橡胶
(TPV)、
热塑性橡胶
(TPR)、
聚苯乙烯系弹性体
(TPS)、
聚酰胺系弹性体
(TPA)、
聚醚酯弹性体
(TPEE)、
聚二甲基硅氧烷
(PDMS)、
水凝胶材料中的一种或几种
。
[0011]可选的，所述软段纤维可用力学改性剂进行改性
。
进一步地，所述力学改性剂为氧化石墨烯
、
硅酸盐纳米片
、
二氧化硅
、
绝缘金属氧化物
、
氮化硼中的一种或几种
。
[0012]可选的，所述导电涂层的材料为导电材料或导电材料与力学改性剂混合物
。
进一步地，所述导电材料选自：石墨烯
、rGO、
碳纳米管
、
炭黑
、
导电金属
、
液态金属
、Mxene、PEDOT、
聚苯胺
、
离子导电盐类材料中的一种或几种
。
所述力学改性剂选自：聚氨酯
(PU)、
聚烯系弹性体
(TPO)、
硫化橡胶
(TPV)、
热塑性橡胶
(TPR)、
聚苯乙烯系弹性体
(TPS)、
聚酰胺系弹性体
(TPA)、
聚醚酯弹性体
(TPEE)、
聚二甲基硅氧烷
(PDMS)、
水凝胶材料中的一种或几种
。
[0013]可选的，所述导电纤维或导电涂层材料为可拉伸材料与导电改性剂的混合物
。
进一步地，所述可拉伸材料选自：聚氨酯
(PU)、
聚烯系弹性体
(TPO)、
硫化橡胶
(TPV)、
热塑性橡胶
(TPR)、
聚苯乙烯系弹性体
(TPS)、
聚酰胺系弹性体
(TPA)、
聚醚酯弹性体
(TPEE)、
聚二甲基硅氧烷
(PDMS)、
水凝胶材料中的一种或几种
。
所述导电改性剂材料选自：石墨烯
、rGO、
碳纳米管
、
炭黑
、
导电金属
、
液态金属
、Mxene、PEDOT、
聚苯胺
、
离子导电盐类材料中的一种或几种
。
[0014]可选的，所述导电纤维或导电涂层可用力学改性剂进行改性
。
进一步地，所述力学改性剂为石墨烯
、
氧化石墨烯
、
碳纳米管
、
炭黑
、
石墨
、
硅酸盐纳米片
、
二氧化硅
、
金属氧化物
、
氮化硼中的一种或几种
。
[0015]本专利技术实施例的第二方面四提供上述高灵敏度可拉伸纤维传感器的制备方法，该方法包括：
[0016]将两种导电材料纺丝液先后注入三通管的两个入口，通过交替挤出软段纤维纺丝液和硬段纤维纺丝液，形成连续的交替导电纤维嵌段；
[0017]将所述交替绝缘纤维嵌段进行浸渍或磁控溅射处理，形成一层
0.1
‑
100
μ
m
厚度的均匀导电涂层，制备得到高灵敏度可拉伸纤维传感器
。
[0018]可选的，通过控制纺丝液的注入量，从而控制所述纤维嵌段的长度；
[0019]通过控制导电材料的添加量，从而控制所述导电纤维或均匀导电涂层的厚度
。
[0020]本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0021]由上述实施例可知，本申请区别于常规方法制备的可拉伸纤维传感器，通过局域微结构设计，可在均匀拉伸时对局域应变进行放大，可实现对微小应变的电信号采集
。
高灵敏度可拉伸纤维传感器因其高灵敏度
、
柔性及循环稳定性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高灵敏度可拉伸纤维传感器，其特征在于：至少包括一软段纤维和一硬段纤维，所述硬段纤维的杨氏模量为
100Ga
以下，所述软段纤维的杨氏模量为
10GPa
以下，所述硬段纤维的杨氏模量是软段纤维的杨氏模量的两倍以上
。2.
根据权利要求1所述的高灵敏度可拉伸纤维传感器，其特征在于，所述软段纤维和硬段纤维为导电纤维或表面具有导电涂层的绝缘纤维；所述软段纤维和硬段纤维均由可拉伸的绝缘纯净物或混合物组成
。3.
根据权利要求2所述的高灵敏度可拉伸纤维传感器，其特征在于，所述导电纤维和导电涂层为导电且可拉伸的纯净物或混合物
。4.
根据权利要求1所述的高灵敏度可拉伸纤维传感器，其特征在于，所述软段纤维和硬段纤维的材料选自：聚氨酯
(PU)、
聚烯系弹性体
(TPO)、
硫化橡胶
(TPV)、
热塑性橡胶
(TPR)、
聚苯乙烯系弹性体
(TPS)、
聚酰胺系弹性体
(TPA)、
聚醚酯弹性体
(TPEE)、
聚二甲基硅氧烷
(PDMS)、
水凝胶材料中的一种或几种
。...

【专利技术属性】
技术研发人员：许震，马静雨，高超，刘英军，
申请(专利权)人：山西浙大新材料与化工研究院，
类型：发明
国别省市：