【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于可穿戴柔性传感器，涉及一种蚕丝氨纶复合导电纱线的制备方法、应用及其监测方法。
技术介绍
1、由于对可穿戴传感设备的大量研究，极大地扩展了个人和公共卫生管理的视野。因电阻变化的柔性应变传感器结构简单、传感性能高，且具有灵活性和适用性等优点，在生理信号检测方面具有巨大潜力。根据不同的活动水平，人体一般每小时产生约60-840毫升的汗液，即使在休息时，皮肤表面也会发生不自主的身体呼吸，汗水会以水蒸气的形式从皮肤蒸发，同时，皮肤温度也会随着代谢强度和汗液蒸发而变化。因此，可穿戴传感器需要在动态温度或湿度环境中具有可靠的传感能力。然而，现有技术的传感器并没有设计用于这种情况的环境中，当温度和湿度等微环境不断变化时，它们的传感性能不稳定。因此，开发一种能够在各种温度和湿度条件下准确检测身体运动和生命体征的强大可靠的皮肤应变传感器是非常需要的。
2、现有技术的柔性传感器中通常包含导电性材料或导电性纳米颗粒的材料。当柔性传感器受到拉伸或压缩时，材料的电阻发生变化。受到拉伸时，电阻值增加；受到压缩时，电阻值减小。这种电阻变化可以采用测量电流通过传感器的方式来检测，从而确定应变程度。
3、现有技术的柔性传感器无法在动态温度或湿度环境中准确监测拉伸应变，这是因为：大多数身体运动还伴随着身体新陈代谢或外部环境输入，而不是理想的单因素变量，可穿戴界面的微环境经常涉及变化无常的温度、湿度。然而，现有技术的柔性传感器总是应用于上述实际场景中，其对环境输入具有不可忽视的响应，导致传感可靠性不佳。一方面，当温度和湿度等其他因
4、例如，专利cn106052544a公开了一种柔性可穿戴应变传感器及其制备方法，该传感器的上绝缘层和下绝缘层为柔性高分子材料，导电层为高分子纤维/导电填料复合膜，具有原料成本低、工艺操作简单、应变测试范围广和灵敏度高等优点。但是所用的导电高分子复合材料在温度、液体等外场的刺激下，也会表现出响应行为，因此在实际的人体运动检测中，人体表面的微环境对应变传感器的应变响应会产生影响，从而影响传感器的传感可靠性。
5、专利cn108896199b公开了一种可拉伸的纱线传感器及其制备方法，该专利通过浸涂、滴涂、提拉或旋涂法将温敏材料或湿敏材料涂覆在棉纤维或蚕丝纤维上形成电极纱线，将电极纱线按照“s”螺旋缠绕在弹性纱线制备的纱线传感器，但是随着人体的温度或湿度变化，电阻信号会随之发生改变。
6、专利cn114657770a公开了一种导电纱线柔性传感器的制备方法，通过便捷高效的循环浸轧工艺，将石墨烯牢固地包覆到蚕丝/氨纶复合纱线表面，制得的耐久性优异的可反复拉伸的纱线柔性传感器。但是所制得的传感器表面的石墨烯仍存在部分含氧官能团，当人体表面出汗形成潮湿环境时容易产生吸湿反应，从而影响传感器的导电稳定能。
7、因此，若能研究一种既能检测人体表面运动和健康信号，又能对人体表面的微环境不敏感的可穿戴柔性传感器的将有望解决以上问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种蚕丝氨纶复合导电纱线的制备方法、应用及其监测方法。本专利技术先制备了一种可拉伸的导电纱线柔性传感器，其施加拉伸应变变形时在整个感应范围内表现出负电阻响应和出色的线性传感特性(r2＝99.8％)。特别是，由于硅烷偶联剂的使用导致的纱线传感器表面含氧官能团的减少，传感器性能在人体表面温度和湿度变化的波动干扰的情况下，不受影响的检测身体区域的活动和运动，再将其与无线数据收集系统集成，最终制得能实时监测身体运动和健康的传感网络，这在未来的数字医疗保健中具有巨大潜力。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种蚕丝氨纶复合导电纱线的制备方法，首先将蚕丝纱线包覆在弹性氨纶丝的表面，制得具有弹性的蚕丝/氨纶复合纱线，然后将蚕丝/氨纶复合纱线浸入3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂水溶液中进行改性，最后使用小轧车并采用循环浸轧法将氧化石墨烯与改性后的蚕丝/氨纶复合纱线进行结合后，将氧化石墨烯还原，制得蚕丝氨纶复合导电纱线，蚕丝氨纶复合导电纱线的制备过程中，3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂在水的存在下水解产生羟基，然后与蚕丝中的氨基酸的羰基形成氢键，蚕丝分子链上的羰基和酰亚胺基团都具有偶极矩，是硅烷偶联剂与蚕丝之间形成化学键的活性位点，3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂剩余的游离羟基与氧化石墨烯表面的羧基、羰基、羟基和环氧基形成键合，从而增强了氧化石墨烯与蚕丝之间的相互作用和键合强度，3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂水溶液的制备过程中调节ph值到4-5；蚕丝氨纶复合导电纱线中还原氧化石墨烯涂层的厚度为104-160μm。
4、cn114657770a与本专利技术的蚕丝氨纶复合导电纱线的制备方法主要存在两个区别，这些区别导致由本专利技术的蚕丝氨纶复合导电纱线制得的柔性传感器具有环境不敏感性，而由cn114657770a的蚕丝氨纶复合导电纱线制得的柔性传感器不具有环境不敏感性，具体分析如下：
5、①cn114657770a制备3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂水溶液时，没有调节ph值，体系的ph值大约为6-7；本专利技术制备3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂水溶液时，调节ph值到4-5，硅烷偶联剂在酸性环境下更易水解，硅烷分子中的硅氧键(si-o)在酸性条件下更容易被质子攻击而断裂，生成更多的硅酸盐离子和游离的羟基，与氧化石墨烯上的含氧官能团进行反应；同时，硅烷偶联剂上的官能团(通常是硅氧烷键)的电荷状态较为中性，这有助于减少它们与带有负电荷的氧化石墨烯之间的静电排斥力；此外，硅烷偶联剂通常具有亲水性，它们的分子结构中包含亲水性官能团，例如羟基(-oh)，在微酸性环境中，这些亲水性官能团可以与水分子形成氢键，并且更容易吸附在氧化石墨烯表面上，这有助于促进硅烷偶联剂与氧化石墨烯的结合；这几个方面的因素共同作用下，消除了还原氧化石墨烯表面大部分的含氧官能团，这些含氧官能团会随着外部环境的温湿度变化而电导率变化，因此含氧官能团的消除能减少可穿戴界面的微环境变化对其性能的影响；
6、②cn114657770a制得蚕丝氨纶复合导电纱线中还原氧化石墨烯涂层的厚度较小；本专利技术制得蚕丝氨纶复合导电纱线中还原氧化石墨烯涂层的厚度较大，为104-160μm；大厚度还原氧化石墨烯涂层在温度和湿度条件变化的环境中通常具有更好的导电性稳定性，这是因为大厚度还原氧化石墨烯涂层提供了多层次的屏障效应、更好的热稳定性以及可能的多层叠加效应；大厚度还原氧化石墨烯涂层具本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种蚕丝氨纶复合导电纱线的制备方法，首先将蚕丝纱线包覆在弹性氨纶丝的表面，制得具有弹性的蚕丝/氨纶复合纱线，然后将蚕丝/氨纶复合纱线浸入3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂水溶液中进行改性，最后采用循环浸轧法将氧化石墨烯与改性后的蚕丝/氨纶复合纱线进行结合后，将氧化石墨烯还原，制得蚕丝氨纶复合导电纱线，其特征在于，3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂水溶液的制备过程中调节pH值到4-5；
2.根据权利要求1所述的一种蚕丝氨纶复合导电纱线的制备方法，其特征在于，3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂水溶液的制备过程为：将3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂与水以1:20-40的体积比充分混合，再调节pH值到4-5。
3.根据权利要求1所述的一种蚕丝氨纶复合导电纱线的制备方法，其特征在于，蚕丝/氨纶复合纱线与3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂水溶液的质量比为1:40-60，改性的温度为40-80℃，改性的时间为3-6h。
4.一种柔性传感器，其特征在于，包括一根蚕丝氨纶复合导电纱线、两个连接点和两个电极；两个连接点分别设置在蚕丝氨纶复
5.根据权利要求4所述的一种柔性传感器，其特征在于，柔性传感器在120％的拉伸应变下的电阻变化率为23％-58％，拟合优度R2为96.7％-99.8％，在50％应变下循环拉伸1500次的电阻变化率的最大差值为0.81-0.96％。
6.一种在动态温度或湿度环境中监测拉伸应变的方法，其特征在于，采用如权利要求4所述的一种柔性传感器；动态温度环境是指温度在25-45℃内无规变化的环境，动态湿度环境是指相对湿度在25％-60％内无规变化的环境；在10％的循环加载应变下、动态温度环境中，柔性传感器的电阻变化率的最大差值为0.03％-0.14％，在10％的循环加载应变下、动态湿度环境中，柔性传感器的电阻变化率的最大差值为0.38％-0.49％。
...【技术特征摘要】
1.一种蚕丝氨纶复合导电纱线的制备方法，首先将蚕丝纱线包覆在弹性氨纶丝的表面，制得具有弹性的蚕丝/氨纶复合纱线，然后将蚕丝/氨纶复合纱线浸入3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂水溶液中进行改性，最后采用循环浸轧法将氧化石墨烯与改性后的蚕丝/氨纶复合纱线进行结合后，将氧化石墨烯还原，制得蚕丝氨纶复合导电纱线，其特征在于，3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂水溶液的制备过程中调节ph值到4-5；
2.根据权利要求1所述的一种蚕丝氨纶复合导电纱线的制备方法，其特征在于，3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂水溶液的制备过程为：将3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂与水以1:20-40的体积比充分混合，再调节ph值到4-5。
3.根据权利要求1所述的一种蚕丝氨纶复合导电纱线的制备方法，其特征在于，蚕丝/氨纶复合纱线与3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂水溶液的质量比为1:40-60，改性的温度为40-80℃，改性的时间为3-6h。
4.一种柔性传感器，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，刘静，刘泽堃，张君泽，
申请(专利权)人：南通纺织丝绸产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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