[发明专利]一种基于导电纤维的柔性应变传感器的制备方法及其应用

权利要求书

1.一种基于导电纤维的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，所述导电纤维包括作为导电层的金属纳米线、作为保护层的电纺聚合物纳米纤维膜和作为弹性载体的弹性纱线，所述的弹性纱线包含两层结构，分别为内部可承受高形变的乳胶丝和外部交叉缠绕的聚氨酯纱线层，所述的电纺聚合物纳米纤维膜包覆于所述的弹性纱线的表面，所述的金属纳米线沉积在电纺聚合物纳米纤维膜的表面；

所述导电纤维的制备方法包括以下步骤：

首先，将弹性纱线在乙醇和去离子水中超声清洗，然后烘干；

其次，将预拉伸的弹性纱线固定于静电纺丝装置的收集板上；

然后，将聚合物前驱体溶液进行静电纺丝，在预拉伸的弹性纱线表面包覆一层聚合物纳米纤维膜；

最后，将金属纳米线的分散液浸涂于预拉伸的电纺聚合物纳米纤维膜表面，使金属纳米线沉积并吸附在其表面结构上，如此多次浸涂后恢复弹性纱线的形变，即可获得导电纤维；

所述的聚合物前驱体溶液为可直接用来静电纺丝的聚合物溶液，所述聚合物选自聚偏氟乙烯、聚（偏氟乙烯-三氟乙烯）、聚苯乙烯、聚氨酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚己内酯及以上聚合物的共混物。

2.根据权利要求1所述的一种基于导电纤维的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，所述弹性纱线的外部纱线层除聚氨酯弹性纤维外还包括聚烯烃类弹性纤维或聚酯类弹性纤维或聚醚酯类弹性纤维及其以上各种的复合弹性纤维。

3.根据权利要求1所述的一种基于导电纤维的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，在静电纺丝过程中，所采用的纺丝电压与接收距离参数应视电纺的聚合物种类而定，其中，电纺聚（偏氟乙烯-三氟乙烯）聚合物所采用的电压范围为10~15千伏，接收距离为10~20厘米。

4.根据权利要求1所述的一种基于导电纤维的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，在静电纺丝过程中，预拉伸的弹性纱线应沿轴向方向低速转动，保证电纺聚合物纳米纤维膜在其表面的均匀包覆；所述静电纺丝过程的持续时间为3~5分钟。

5.根据权利要求1所述的一种基于导电纤维的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，金属纳米线选自银纳米线、金纳米线、铜纳米线及其合金纳米线，金属纳米线在乙醇溶剂中形成的分散液浓度为1~10毫克每毫升。

6.根据权利要求1所述的一种基于导电纤维的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，在金属纳米线的浸涂过程中，每次滴加涂覆所消耗的纳米线分散液的量为0.01~0.05毫升每厘米，每次浸涂过程完成后需等溶剂完全挥发后才能进行下一次浸涂。

7.根据权利要求6所述的一种基于导电纤维的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，金属纳米线的浸涂次数在5~7次后获得的导电纤维的电阻低于5欧姆每厘米。

8.一种由权利要求1-7任一所述的制备方法制备得到的基于导电纤维的柔性应变传感器，其具备快速检测拉伸、弯曲、扭曲多种变形的能力，并且在拉伸循环次数达到一万次后其灵敏度依然保持在90%以上。

9.权利要求8所述的一种基于导电纤维的柔性应变传感器在人体的脉搏跳动、声带振动以及更加复杂的多位点同时检测的应用。