[发明专利]基于可印刷纳米复合材料的超长寿命自修复应力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开一种基于可印刷纳米复合材料的超长寿命自修复应力传感器及其制备方法。本发明把一维金属纳米线，二维无机纳米片，含有主客体相互作用的高分子材料，以及对应的高沸点溶剂等相复合，制备具有流变特性的纳米复合材料胶体油墨，通过丝网印刷方法制得具有原位自修复能力以及长循环使用寿命的应力传感器。传感器在工作过程中，含有的主客体高分子材料可以实时、原位地修复内部产生的缺陷，极大的延长材料使用寿命。同时，具有工作应变范围50％、灵敏度gauge factor100、自修复能力强、对汗液抗干扰能力强的特点。本发明制备简单，在智能穿戴器件等领域具有巨大应用前景。

技术领域

本发明属于柔性应力传感器技术领域，涉及纳米复合材料，印刷电子器件，自修复材料技术领域，特别涉及一种超长寿命自修复力学传感器及其制备方法。主要用于小范围至大范围人体运动的监测，具有高灵敏度，大工作范围，抗干扰能力强。在电子皮肤、仿生机器人、可穿戴器件等领域具有巨大应用前景。

背景技术

可穿戴力学传感器由于其广泛的应用有着巨大的前景，日常生活中人们对于可穿戴力学传感器的使用愈发频繁。据统计，人在正常生活中，膝关节一周大约会弯曲100000次；微信运动App显示，人每日的步数约为10000步。提高材料的使用寿命，可以节约资源，降低成本。因此开发具有超长寿命的自修复应力传感器具有重要意义。

同时，可穿戴力学传感器必须要满足以下条件：应变工作范围大于50％，以便于实现人体不同部位(如脉搏、指关节、肘关节和膝关节)的全面监测；gauge factor大于100，以便提高器件的灵敏度。

中国专利公开号为CN109238522A公布了一种可穿戴的柔性应力传感器及其制备方法和应用。该应力传感器具有100％的工作范围和超过8000的灵敏度，然而专利中没有提及器件的使用寿命，且不具有修复性能。

中国专利公开号为CN110455445A公布了一种基于为激光还原后的具有棱形网状结构的氧化还原石墨烯的柔性应力传感器。所述柔性应力传感器包括应变感应层、电极和柔性封装层。所得柔性应力传感器灵敏度为35，应变范围最大为24％，无法满足可穿戴力学传感器的应用要求。

中国专利申请公布号为CN109974905A公布了一种可修复应力传感器。然而，修复该应力传感器需要滴加水并加热，无法实现自修复。

非专利文献1(ACS Appl.Mater.Interfaces.2018,10,42,36312-36322)中报道了一种由垂直石墨烯片与聚二甲基硅氧烷制备的应变传感器，所述应力传感器具有最大55％的应变范围。然而该传感器最大灵敏度仅88.4，限制了该器件的应用。

非专利文献2(ACS Nano.2019,13,3,3225-3231)中报道了一种仿生结构的应力传感器，该传感器经多孔阳极氧化铝模板制备，由柱状的聚二甲基硅氧烷和离子液体组成，在100％应变下可拉伸-释放循环22500次。然而，其灵敏度远小于100。

到目前为止，具有超长使用寿命、高灵敏度(gauge factor100)、大拉伸范围(50％)的自修复应力传感器尚未见诸报道。

总的来说，本发明制备了一种拥有超长使用寿命(50％应变拉伸-释放循环大于100000次)的自修复应力传感器。同时，该传感器具有大拉伸范围(50％)，高灵敏度(gaugefactor100)，对汗液抗干扰能力强，工作曲线线性关系优良，拉伸重复性好，这是当前大部分传感器所不能达到的。

发明内容