[发明专利]一种湿度感知纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种湿度感知纤维，所述湿度感知纤维包括湿度感知层和在所述湿度感知层内设置的导电丝，所述湿度感知层包含聚合物和在聚合物中分布的湿度敏感材料。本发明与现有技术相比，具有以下优势：首先湿度敏感材料及聚合物基底材料选择范围广，制备工艺多样化，生产效率高。采用热软化拉丝工艺，预制棒结构设计多样化，从而可以设计不同截面结构纤维，且可以准确控制不同浓度湿度敏感材料在纤维中的分布。其次，通过将湿度敏感材料集成到纤维内，通过编织工艺制备织物，可实现织物的柔软性，并可兼备水洗性和耐久性，满足可穿戴设备的需求。最后，通过选择适当的湿度敏感材料可以实现温度感知纤维具有抗温度干扰功能。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种湿度感知纤维及其制备方法和应用。

背景技术

随着人工智能技术的发展，功能性纤维的发展备受关注，功能性纤维因其独特的可穿戴特新应用日益广泛。基于功能性纤维的蓬勃发展，纺织工业目前正朝着智能可穿戴方向发展，功能性纤维可用于健康监测、温度控制、湿度控制、电子皮肤、柔性发光等领域。本专利具体涉及到一种湿度传感纤维、纱线和织物及其制备方法，该纤维、纱线及其织物可用于健康监测、人造皮肤等领域。现阶段湿度传感器主要存在薄膜态，其制备工艺复杂，湿度敏感层易发生脱落等，耐久性低，且薄膜态缺乏可穿戴性能。

中国专利CN107655514A公开了一种采用光纤光栅传感器的干湿法温、湿度传感探头。温度传感器采用光纤光栅感知外界温度变化，湿度传感器采用光纤光栅干湿对比法测量环境相对湿度。中国专利CN108801497A公开了一种采用光纤光栅传感器的毛发式温、湿度传感探头，温度传感器采用光纤光栅感知外界温度变化，湿度传感器采用光纤光栅毛发式湿度敏感原理测量环境相对湿度。国际专利WO2007137429A1、加拿大专利CA2549084A1公开了一种采用光纤光栅湿度传感器，可同时检测湿度与温度，其主要局限性：温度、湿度、弯曲、应变、折射率等交叉敏感灵敏度都很高，解调较困难，而测量精度低。布拉格光栅式传感器，需要双波长的光源及光谱仪，系统成本相对较高。

中国专利CN103064145A公开了一种湿度传感光纤及其制备方法和应用，该湿度传感光纤包括纤芯和包覆纤芯的覆层，该湿度传感光纤一段为湿敏段光纤，湿敏段光纤的纤芯表面依次设有金属薄膜层和纳米多孔薄膜层，中国专利CN106644959A公开了一种倏逝波耦合湿度传感光纤及其制备方法。所述光纤包括纤芯和包裹所述纤芯的涂覆层，所述涂覆层的一部分为湿敏涂覆层。中国专利CN 107561039A公开了一种基于氧化石墨烯镀层光纤的湿度传感器，光纤传感头的第二段光纤表面上镀有一层氧化石墨烯镀。中国发明专利CN108896199 A公开了一种可拉伸的纱线传感器及其制备方法。通过在基体纤维表面涂覆温敏材料或湿敏材料制备敏感纤维，将敏感纤维的两端均与电极线连接后涂覆介电材料从而得到电极纱线。美国专利US10527539B2、US2018238791A1、加拿大专利CA2996384A1等过光纤表面抛光并涂敷湿度敏感材料涂层(金层与亲水性材料)，通过检测光强度分析环境湿度情况。主要局限性：光纤湿度传感器主要是利用湿度敏感材料进行增敏的，但是湿度敏感膜的厚度与传感器传感性能的关系复杂，如何获得高灵敏度的湿度传感器并不明确，且采用涂覆工艺耐久性差，使用寿命短，不适合可穿戴。