[发明专利]离子纸、离电子式柔性压力传感器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种离子纸，所述离子纸采用纤维素增强的离子凝胶复合材料制成，所述纤维素增强的离子凝胶复合材料包括液态离子材料、聚合物和纤维素，且以纤维素增强的离子凝胶复合材料的总重量为100％计，所述液态离子材料、聚合物和纤维素的重量百分含量如下：液态离子材料1～80％；聚合物1～80％；纤维素19～80％，其中，所述纤维素选自造纸用纤维素。将所述纤维素增强的离子凝胶复合材料作为离子纸的制备原料，可以赋予所述离子纸优异的离子导通性、可剪切、可印刷和可折叠性，得到的离子纸可以用作柔性压力传感器的功能材料，制备高灵敏度、可折叠的柔性压力传感器。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种离子纸，以及一种采用离子凝胶复合材料制成的离电子式柔性压力传感器的制备方法。

背景技术

由于人们对于仿生触觉传感技术在未来智能机器人技术、医疗假肢及神经修复和消费类电子产品等应用领域中的期望愈加强烈，新型便携式、可折叠、可贴附、可穿戴的柔性电子学器件的研究受到国内外研究者的广泛关注，并迅速成为了当前最为重要的科技前沿研究领域之一。对于这些新兴应用中的需求，柔性材料以其对于不同表面材质及形状的良好适应性获得了研究人员的密切关注和广泛使用。因此，柔性压力传感技术应运而生，多种柔性压力传感技术和器件得到了长足的发展，并已经在可穿戴医疗健康监测设备，机器人仿生触觉，触觉人工假肢等领域得应用。

柔性压力传感技术是采用柔性材料制备的一种二维形式的压力传感原件.传统的非柔性压力传感原件采用金属悬臂梁、硅基应力片等不可弯曲材料。柔性压力传感器则不同，其多使用高分子膜、纤维结构材料等作为传感器的构建材料。柔性压力传感器主要由电极和功能材料层构成，电极多使用高导电性的金属、导电碳材料、导电陶瓷类材料、导电高分子类材料，并形成特定电路图形。功能材料层根据机理不同，主要有导体材料、介电材料、压电材料、摩擦电材料、离子材料等，而相应的柔性传感机理也主要分为压阻式、平行板电容式、压电式、摩擦电式、离电子式。

离电子式压力传感器是一种基于界面双电层电容原理的新型压力传感技术。这种压力传感器使用了富含可自由移动的阴阳离子的材料，比如电解质的高沸点溶液、离子液体、聚电解质、离子液体凝胶等。在这种离子材料上施加电压，这时离子材料中的正、负离子就会在电场的作用下迅速向两极运动，并分别在两个电极的表面形成紧密电荷层，即双电层。这种双电层是一种由离子排布形成的纳米级电容结构，由于正负离子之间的距离极短，其单位面积电容是传统平行板电容的1000倍以上。对于同种离子材料来说，界面电容主要与电极和离子材料之间的接触面积呈正相关关系，而离电子式压力传感器则依据这一点，在压力作用下，离子材料与电极之间接触面积增加，传感器电容也相应增加。界面电容式压力传感机理是一种不同于现有的电阻式、电容式和压电式传感的一种全新的传感机理。由于界面电容的值可达到几百nF甚至uF级别，相比于几十pF的平行板电容式传感器，其灵敏度提高了1000倍以上，而且对人体及环境电容噪声有很强的抗干扰能力。相比于压阻式压力传感器，界面电容式压力传感器在一定压力范围内具有较好的线性响应度，并且信噪比更高，相比如石墨烯、碳纳米管等导电材料，离子材料可以制备成溶液、油墨、浆料等形式，可更加方便的通过浸涂、刮涂、喷墨、印刷等多种加工方式制备成离子材料层。相比如压电式和摩擦电式压力传感器，界面电容式压力传感器在具备了快速的机械响应速度的同时，可以对静态压力进行检测。离电子式压力传感技术已经发展出了多种形式，包括基于高分子薄膜、纳米织物、离子凝胶弹性体、表面贴敷超薄涂层等多种柔性压力传感形式。但目前的离电子式压力传感器虽然线性响应度已经比压阻式有了较大提升，但距离完全线性还是有一定差距，此外传感器在可折叠性方面也存在不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离子纸，旨在解决目前的离电子式压力传感器响应线性度和可折叠性不足的问题。

本发明的另一目的在于提供一种采用离子凝胶复合材料制成的离电子式柔性压力传感器的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：