[发明专利]一种可用于监测人体生理信息的织物应变传感器的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种可用于监测人体生理信息的织物应变传感器的制备方法，所述基于织物的柔性应变传感器是以常见的聚氨酯(PU)纤维和聚酰胺(PA)纤维为原材料，利用交叉拉伸浸涂法在织物表面吸附多壁碳纳米管和还原氧化石墨烯形成导电层以得到导电织物，然后通过导电银胶在导电织物上引出导线，应变传感器制备完成。所述的交叉拉伸浸涂法采用不同尺寸的导电材料进行组合，以提高传感器的稳定性，保证传感器在拉伸状态下依然可以保证良好的稳定性。

技术领域：

本发明属于智能纺织品和柔性电子元件领域，尤其涉及一种可用于监测人体生理信息的织物应变传感器的制备方法及应用。

技术背景：

在各种应用中，能够承受大应变的软应变传感器受到极大重视，例如用于监测人体生理信息的可穿戴设备，用于检测其变形程度的软体机器人。随着材料和制造技术的发展，诸如电容，电阻率，压电和电感之类的不同测量机制已成功应用于软应变传感器。特别地，基于应变响应的软电阻应变传感器由于其易于制造，低功耗而受到了广泛的关注。

通常，软电阻应变传感器由两部分组成，一是作为感测部分的导电膜，二是作为支撑部分的弹性基底。因此，基底的形变改变了导电膜中的导电路径从而引发电阻的变化。传统弹性基底的材料通常选用聚二甲基硅氧烷(PDMS)，Ecoflex和热塑性弹性体(TPE)。

近来，使用织物作为弹性基底的应变传感器也受到了广泛的关注，与基于弹性体的应变传感器相比，其在多种结构和导电纳米材料的强粘附性方面显示出优势。此外，基于织物的应变传感器可以提供更好的佩戴舒适度，因此更适合于可穿戴的传感设备。

发明内容：

本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出了一种可用于监测人体生理信息的织物应变传感器的制备方法及应用。采用尼龙氨纶织物作为弹性基底，多壁碳纳米管(MWCNT)和还原氧化石墨烯(rGO)为传感器提供导电路径，可以有效的提高应变传感器的线性度和稳定性。通过弹性基底即尼龙氨纶织物受到外部接触力时，其形变将导致导电路径的变化从而引起电阻变化，通过监控电阻变化从而实现对外部接触力的有效监测。

为了解决传统方法制备的柔性应变传感器存在的问题，本发明提供了一种可用于监测人体生理信息的织物应变传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1：将经过预处理后的尼龙氨纶织物预拉伸，并用透明胶带将预拉伸后的织物固定于玻璃器皿上；将拉伸后的尼龙氨纶织物浸泡在超声环境下的还原氧化石墨烯分散液中；浸泡30分钟后，取出烘干后得到还原氧化石墨烯织物；

S2：将步骤S1所得还原氧化石墨烯织物以同样的方法浸入多壁碳纳米管分散液中。浸泡30分钟后，取出烘干后得到还原氧化石墨烯/多壁碳纳米管织物；

S3：将步骤S2所得石墨烯/多壁碳纳米管织物放松至30％应变，再次浸入还原氧化石墨烯分散液中30分钟，取出烘干后得到还原氧化石墨烯/多壁碳纳米管/还原氧化石墨烯织物；

S4：最后通过释放到初始状态得到石墨烯/多壁碳纳米管导电织物；

S5：基于所获得的石墨烯/多壁碳纳米管复合导电织物，通过在织物表面涂覆导电银浆，引出导线，能够获得还原氧化石墨烯/多壁碳纳米管/还原氧化石墨烯织物应变传感器。

进一步的，所述步骤S1中预处理方法为：将尼龙氨纶织物分别放入乙醇和去离子水中超声处理，取出烘干后得到预处理后的尼龙氨纶织物。

进一步的，所述步骤S1中将经过预处理后的尼龙氨纶织物预拉伸的应变程度不超过50％。

进一步的，所述步骤S2中多壁碳纳米管分散液的制备方法为：将多壁碳纳米管粉末加入到TSiPD溶液中，40KHZ下超声处理30分钟，静置2小时，即得到浓度为2mg/ml的多壁碳纳米管分散液。

进一步的，所述步骤S1和S3中还原氧化石墨烯分散液的制备方法为：