[发明专利]一种柔性应力传感器

说明书

本发明为一种柔性应力传感器。该传感器包括两个传感组件；每个传感组件包括PDMS粘性基底层和包芯纱‑石墨烯复合网膜导电层，所述的基底层是由PDMS预聚物旋涂或滴涂，固化后成膜而得；所述的包芯纱‑石墨烯复合网膜导电层是由石墨烯分散液组装于所述包芯纱骨架而得；两个传感组件贴合，其中，包芯纱‑石墨烯复合网膜导电层的一侧贴合，位于中间，柔性应力传感器形成“三明治”结构；每个传感器组件的包芯纱‑石墨烯复合网膜导电层均连接一根导线。本发明极大提升了传感器的灵敏度，降低了检测限。

技术领域

本发明涉及柔性应力传感器领域，具体涉及一种基于包芯纱-石墨烯网膜的应力传感器的制备方法。

背景技术

随着人工智能的高速发展和智能终端的普及，可穿戴电子设备呈现出巨大的市场前景。柔性应力传感器作为人造柔性电子器件的核心部分，在人体临床诊断、健康评估、健康监控、虚拟电子、柔性触摸屏、柔性电子皮肤,甚至工业机器人等领域拥有很大的应用潜力。

目前，制造应变传感器的主流方式是将传感器的形变转变为电阻值的变化，即压电阻型应力传感器。其中一种较为常用的制备方法是在柔性基底表面嵌入或覆盖一层导电材料，得到多层结构的应变传感器。导电材料可以是金属膜或导电纳米材料通过各种工艺组装得到导电薄膜。石墨烯是目前世界上最薄且最硬的纳米材料，其电阻率极低，电子迁移速度极快。独特的二维结构和优异的导电性使石墨烯在应力传感领域表现出极大的应用前景。

传统的基底材料为表面平整的弹性薄膜，如聚甲基乙烯基硅氧烷(PDMS)、Ecoflex、Dragon skin、橡胶等，其表面嵌入或覆盖的导电层也为平面结构。这种平面结构的传感器普遍存在灵敏度不够高，难以检测微小形变的缺点，限制了其发展和应用。因此，迫切需要一种高灵敏度，同时制备工艺简便的新型应力传感器。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术存在的不足，提供一种新型高性能柔性应力传感器。该传感器使用复合网膜来替代传统的平面结构材料作为导电层，通过将二维层状还原石墨烯(RGO)包覆于包芯纱表面，得到导电的复合网膜。本发明极大提升了传感器的灵敏度，降低了检测限。

本发明的技术方案为：

一种柔性应力传感器，包括两个传感组件；每个传感组件包括PDMS粘性基底层和包芯纱-石墨烯复合网膜导电层，所述的基底层是由PDMS预聚物旋涂或滴涂，固化后成膜而得；所述的包芯纱-石墨烯复合网膜导电层是由石墨烯分散液组装于所述包芯纱骨架而得；两个传感组件贴合，其中，包芯纱-石墨烯复合网膜导电层一侧贴合，位于中间，柔性应力传感器形成“三明治”结构；每个传感器组件的包芯纱-石墨烯复合网膜导电层均连接一根导线。

所述的包芯纱骨架为直径为10μm-30μm的纱线，纱线为氨纶或锦纶中的一种或两种。

所述的PDMS粘性基底层的厚度为200μm-500μm。

所述的导线为铜线或铜箔，所述的导线通过导电胶与石墨烯导电层连接。

所述的导电胶采用导电银浆或导电碳浆。

所述的导线连接电化学测试设备，电化学测试设备包括电化学分析仪和数字万用表。

所述的PDMS预聚物为市售牌号为道康宁Sylgard 184双组分套件硅橡胶的组分A和组分B，质量比组分A：组分B＝10-15:1。

所述的柔性应力传感器的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备浓度为0.01-0.4mg/mL的石墨烯分散液；

(2)配置PDMS溶液，将组分A与组分B按照质量比10-15:1，置于培养皿中搅拌10-30分钟，然后真空脱泡至表面无气泡，然后放入烘箱中55-65℃下预固化10-20min，得到PDMS溶液；