[发明专利]一种纤维素基柔性压力传感器材的制备方法

说明书

本发明涉及一种利用纤维素制备柔性压力传感器材的方法，属于绿色功能材料及柔性压力传感材料制备技术领域。本发明的方法是将纤维、表面活性剂、Mxene导电材料和水混合得浆料；将浆料搅拌至呈泡沫状，得泡沫纤维；对泡沫纤维进行真空抽滤，至肉眼观察不到水线；然后干燥至含水量10％以下即可。本发明以天然纤维素纤维为原料，通过引入Mxene二维导电材料，采用常温常压机械搅拌一步成型技术，制备一种新型纤维素基柔性压力传感材料。该技术原料来源广泛、成本较为低廉、生产工艺简单，产品密度较低、灵敏度较高、柔韧性较大、适应性较强，在电子皮肤、虚拟现实、健康监测等智能可穿戴设备方面具有极大的应用潜能。

技术领域

本发明涉及一种利用纤维素制备柔性压力传感器材的方法，属于绿色功能材料及柔性压力传感材料制备技术领域。

背景技术

随着科学技术的高速发展，多样化的便捷电子产品层出不穷，并逐渐向柔性化、智能化、多功能化、可穿戴化和低成本化方向发展。与传统电子产品相比，柔性电子器件可承受拉、压、弯曲、扭曲等各种形变，从而在一定程度上适应不同的工作环境，满足人们对于设备的形变要求，在医疗监测、运动康复、通信娱乐等多个领域得到了广泛的应用。传感器作为当下仿生科学研究较前沿的领域，能够模仿人与外界环境交互时的触觉感知，是辅助人类多方位感知自然与自身的核心元件。发展穿戴式、能够适应基底任意变形、同时对多种外界刺激有精确和灵敏反应能力的新型电子器件至关重要。

专利CN105527014A公开了一种基于PVDF纳米纤维的柔性振动传感器的制造方法，该技术首先利用磁控溅射将叉指电极溅射在PVDF纳米纤维，再对其进行PDMS封装，得到一种自供电振动传感器。专利CN108560250A公开了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与流程，首先采用静电纺丝技术在弹性纱线表面包覆一层聚合物纳米纤维膜，然后将金属纳米线通过多次浸涂而沉积在其表面结构上。专利CN105841601A披露了一种基于织物的柔性可穿戴应变传感器及制备方法，以织物为原材料；首先经过惰性气氛或惰性气体为主的气氛下的高温热处理得到保持原织物结构并且具有柔性及导电性的碳化织物；然后在碳化织物的两端连接导线或集成无线发射接收模块；最后使用弹性聚合物进行封装得到柔性可穿戴应变传感器。专利CN106805954A披露了一种穿戴式柔性压力传感器及其制备方法，该传感器由上支撑基体、超柔软Ecoflex压力探测头、PVDF压电薄膜、阵列化微凸台支撑结构和下支撑基体五个部分组成，能够灵敏感知测量人体微弱的脉搏跳动力。

然而，上述发明或利用磁控溅射、静电纺丝、高温碳化等技术，制备工艺相对较为复杂，需要特殊制造设备，耗费大量能源，且成本相对较高，大规模工业生产较难实现；或制备的产品结构组成较为复杂、体积相对较大，且柔韧性较差、适应性不强，无法大规模应用于可穿戴电子设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于天然纤维素纤维的柔性压力传感材料的制备方法，利用天然纤维素纤维为原料，通过引入Mxene二维导电材料，采用常温常压机械搅拌一步成型技术，制备一种新型纤维素基柔性压力传感材料。该产品灵敏度较高、柔韧性较大、适应性较强等优点，在电子皮肤、虚拟现实、健康监测等智能可穿戴设备方面具有极大的应用潜能。

一种纤维素基柔性压力传感器材的制备方法，包括如下步骤：

（1）将纤维、表面活性剂、Mxene导电材料和水混合得浆料；

（2）将浆料搅拌至呈泡沫状，得泡沫纤维；

（3）对泡沫纤维进行真空抽滤，至肉眼观察不到水线；

（4）干燥至含水量10 wt.％以下即可；

所述步骤（3）的真空抽滤时的真空度为0.01-0.1 Mpa；

所述步骤（1）的浆料中纤维的含量不低于0.1 wt.％；Mxene导电材料用量不低于0.5 wt.％；表面活性剂相对于纤维的用量不低于1 wt.％。