[发明专利]基于混配位纳米薄膜的柔性弯曲传感装置及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于混配位纳米胶体的柔性弯曲传感装置及其制备方法，柔性弯曲传感装置中的柔性弯曲传感器的混配位纳米薄膜传感层的组分包括混配位金属碳纳米薄膜粉末、液态硅橡胶和聚乙烯吡咯烷酮。混配位金属碳纳米结构在硅橡胶内组成导电网络，当柔性弯曲传感器受到拉伸之后，混配位纳米薄膜传感层内的金属碳纳米颗粒与石墨烯纳晶键合位错滑移，导致混配位熵增效应，使得导电网络的电阻发生较大变化。通过测量柔性弯曲传感器在弯曲过程中的电压变化信号，准确测量柔性弯曲传感器的弯曲角度，同时柔性弯曲传感器具有较好的拉伸性和耐用性，适用于多种应用场景。

技术领域

本发明涉及薄膜技术及应用和可穿戴式生命健康设备领域，尤其涉及一种基于混配位纳米薄膜的柔性弯曲传感装置及其制备方法。

背景技术

目前，光电式、电阻式与电容式柔性传感器已经实现了对人体运动与血氧浓度等生理参数的检测，由于其具备良好的拉伸性能，能够与人体有较好的相容性，同时柔性传感器具备良好的检测精度，柔性传感器在可穿戴领域存在很大的应用潜力。然而，目前对柔性传感器的研究依然存在局限性，一方面为了实现更高的检测精度，部分柔性传感器需要采用拉伸性能较差的结构，另一方面，部分柔性传感器的耐用性较差，在变形次数达到一定程度后会造成检测精度下降。从而妨碍了高精度、高拉伸性、可以长时间佩戴的的可穿戴柔性传感器的应用推广。目前的可穿戴传感器领域迫切需要一种制备简便、结构简单，同时具备良好的拉伸性能、可重复性与高检测精度的柔性传感器。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于混配位纳米胶体的柔性弯曲传感装置及其制备方法，旨在实现柔性弯曲传感器在提高检测精度的同时具有较好的拉伸性和耐用性。

本发明的技术方案如下：

一种基于混配位纳米薄膜的柔性弯曲传感装置，其中，包括：

柔性弯曲传感器，所述柔性弯曲传感器包括衬底、设置在所述衬底上的混配位纳米薄膜传感层以及设置在所述混配位纳米薄膜传感层上的电极，所述混配位纳米传感层的组分包括混配位金属碳纳米薄膜粉末、液态硅橡胶和聚乙烯吡咯烷酮；

整流放大单元，所述整流放大单元与所述电极连接；

信号输出单元，所述信号输出单元与所述整流放大单元连接。

所述的柔性弯曲传感装置，其中，所述混配位纳米薄膜传感层的组分还包括纳米银片。

所述的柔性弯曲传感装置，其中，所述混配位金属碳纳米薄膜粉末包括金属碳化合物颗粒和富边缘态的石墨烯纳晶，所述金属碳化合物颗粒与所述石墨烯纳晶通过化学键键合连接。

所述的柔性弯曲传感装置，其中，所述混配位纳米薄膜传感层的图案包括并联条形图案、连接线以及折线图案，所述并联条形图案与所述折线图案通过所述连接线连接。

所述的柔性弯曲传感装置，其中，所述衬底为PDMS柔性衬底、PBAT柔性衬底或织物衬底。

一种如上所述的基于混配位纳米胶体的柔性弯曲传感装置的制备方法，其特征在于，包括：

在硅基底上生长混配位金属碳纳米薄膜，并将所述混配位金属碳纳米薄膜从所述硅基底上剥离后进行研磨，得到混配位金属碳纳米薄膜粉末；

将所述混配位金属碳纳米薄膜粉末、液态硅橡胶、聚乙烯吡咯烷酮按照预设比例进行均匀混合，得到混配位金属碳纳米胶体；

采用所述混配位金属碳纳米胶体在衬底上形成混配位纳米薄膜传感层，再在所述混配位纳米薄膜传感层上形成电极，得到所述柔性弯曲传感器；

提供整流放大单元，将所述整流放大单元与所述柔性弯曲传感器的电极连接；

提供信号输出单元，将所述信号输出单元与所述整流放大单元连接。