【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于柔性压力传感器，具体涉及一种基于多孔纳米纤维的夹层式柔性压力传感器及其制备方法。
技术介绍
1、公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、能够将外界物理刺激转化为电信号的柔性传感器在电子皮肤，人体运动健康监测和人工智能交互等领域应用越来越广泛，对于高性能柔性传感器的需求也越来越大。根据工作机理的不同，压力传感器可分为压阻传感器、压电传感器、电容传感器、摩擦电传感器。其中，压阻传感器因其制备简单、测量范围广、灵敏度高、功耗低等优势而引起了最广泛的研究。
3、几何效应和电导率是影响压阻传感器性能的重要因素。为了进一步提高传感器的性能，目前的研究主要分为结构设计和原材料两个方向。在结构设计方面，目前所研究的传感微结构主要有纳米纤维，微金字塔，微柱，微圆顶，通过这些微结构的三维放大效果来提高性能。传感器原材料主要包括金属纳米线、纳米颗粒、炭黑、碳纳米管和石墨烯等。柔性压力传感器需要通过具有传感微结构的柔性基底负载导电材料从而实现功能，而现有传感微结构的比表面积较低，导致导电材料负载量较差影响了柔性压力传感器的性能。
技术实现思路
1、为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于多孔纳米纤维的夹层式柔性压力传感器及其制备方法。本专利技术通过设计了具有多孔结构的多孔纳米纤维膜敏感层和具有微金字塔结构的微金字塔结构薄膜电极，调节了传
2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
3、第一方面，本专利技术提供了一种基于多孔纳米纤维的夹层式柔性压力传感器，包括两层微金字塔结构薄膜电极和夹在两层微金字塔结构薄膜电极之间的多孔纳米纤维膜敏感层，所述微金字塔结构薄膜电极上粘附有铜线，所述微金字塔结构薄膜电极为具有微金字塔阵列结构的聚二甲基硅氧烷薄膜，所述多孔纳米纤维膜敏感层为负载炭黑颗粒的聚乳酸多孔纳米纤维薄膜。
4、优选的，所述微金字塔结构薄膜电极具有金膜。
5、优选的，所述炭黑颗粒分散在聚乳酸多孔纳米纤维薄膜的纳米纤维孔径和间隙之间。
6、第二方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述的基于多孔纳米纤维的夹层式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7、s1、将搅拌溶解于二氯甲烷和二甲基乙酰胺中获得聚乳酸溶液，聚乳酸溶液静电纺丝获得聚乳酸纳米纤维薄膜，将聚乳酸纳米纤维薄膜于炭黑溶液中超声处理后干燥，得到多孔纳米纤维膜敏感层；
8、s2、将聚二甲基硅烷与固化剂混合后固化，得到具有微金字塔阵列结构的聚二甲基硅氧烷薄膜，对得到的聚二甲基硅氧烷薄膜进行磁控溅射处理，使其表面得到一层金膜，得到微金字塔结构薄膜电极；
9、s3、将铜线粘附在微金字塔结构薄膜电极，将多孔纳米纤维膜敏感层夹在两层粘附有铜线的微金字塔结构薄膜电极间，使用聚氨酯胶带密封，获得所述基于多孔纳米纤维的夹层式柔性压力传感器。
10、优选的，步骤s1中，二氯甲烷和二甲基乙酰胺的体积比为24-26:1，聚乳酸溶液中聚乳酸的质量分数为7-9wt％，搅拌时间为80-100min，搅拌转速为200-300r/min。
11、优选的，步骤s1中，静电纺丝时，针头到接收板的距离为14-16cm，电压设置为19-21kv，空气湿度设置为55％-65％，推料速度设置为3-5ml/h，纺丝时长为1.9-2.1h。
12、优选的，步骤s1中，炭黑溶液的浓度为9-11mg/ml，超声处理的时间为25-35min。
13、优选的，步骤s2中，聚二甲基硅烷与固化剂的质量比为9-11:1。
14、优选的，步骤s2中，固化温度为55-65℃，时间为3-5h。
15、优选的，步骤s2中，磁控溅射时长为25-35s。
16、上述本专利技术的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：
17、1、纳米纤维膜上的多孔结构不仅可以为炭黑的渗透提供附着位点，还可以进一步提高纳米纤维的比表面积，形成的复杂导电通路，在外部压力下的形变量也得到提高，从而较大提高了传感器的性能。
18、2、聚二甲基硅氧烷微金字塔阵列是一种三维放大结构，能够显著增大电极与纳米纤维敏感层的比表面积，更进一步提高传感器的性能。
19、3、对夹层式柔性压力传感器性能进行测试，其高灵敏度高达51.2kpa-1、可检测压力检测范围达到0-56kpa，性能表现非常优异。
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1.一种基于多孔纳米纤维的夹层式柔性压力传感器，其特征在于，包括两层微金字塔结构薄膜电极和夹在两层微金字塔结构薄膜电极之间的多孔纳米纤维膜敏感层，所述微金字塔结构薄膜电极上粘附有铜线，所述微金字塔结构薄膜电极为具有微金字塔阵列结构的聚二甲基硅氧烷薄膜，所述多孔纳米纤维膜敏感层为负载炭黑颗粒的聚乳酸多孔纳米纤维薄膜。
2.如权利要求1所述的夹层式柔性压力传感器，其特征在于，所述微金字塔结构薄膜电极具有金膜。
3.如权利要求1所述的夹层式柔性压力传感器，其特征在于，所述炭黑颗粒分散在聚乳酸多孔纳米纤维薄膜的纳米纤维孔径和间隙之间。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的基于多孔纳米纤维的夹层式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，二氯甲烷和二甲基乙酰胺的体积比为24-26:1，聚乳酸溶液中聚乳酸的质量分数为7-9wt％，搅拌时间为80-100min，搅拌转速为200-300r/min。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，静电纺丝时，针
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，炭黑溶液的浓度为9-11mg/mL，超声处理的时间为25-35min。
8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，聚二甲基硅烷与固化剂的质量比为9-11:1。
9.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，固化温度为55-65℃，时间为3-5h。
10.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，磁控溅射时长为25-35s。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多孔纳米纤维的夹层式柔性压力传感器，其特征在于，包括两层微金字塔结构薄膜电极和夹在两层微金字塔结构薄膜电极之间的多孔纳米纤维膜敏感层，所述微金字塔结构薄膜电极上粘附有铜线，所述微金字塔结构薄膜电极为具有微金字塔阵列结构的聚二甲基硅氧烷薄膜，所述多孔纳米纤维膜敏感层为负载炭黑颗粒的聚乳酸多孔纳米纤维薄膜。
2.如权利要求1所述的夹层式柔性压力传感器，其特征在于，所述微金字塔结构薄膜电极具有金膜。
3.如权利要求1所述的夹层式柔性压力传感器，其特征在于，所述炭黑颗粒分散在聚乳酸多孔纳米纤维薄膜的纳米纤维孔径和间隙之间。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的基于多孔纳米纤维的夹层式柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，二氯甲烷和二甲基乙酰胺的体积比为24-26:1，聚乳...
【专利技术属性】
技术研发人员：张成鹏，汪涛，宗宣洁，张念强，梁允豪，尚雪，米星翰，
申请(专利权)人：山东大学日照研究院，
类型：发明
国别省市：
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