[发明专利]一种柔性织物基应变传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性织物基应变传感器及其制备方法，属于传感器技术领域。本发明所述的制备方法，包括如下步骤：(1)对弹性织物进行预处理；(2)采用多巴胺或其衍生物对预处理后的弹性织物进行改性；(3)将多巴胺或其衍生物改性后的弹性织物在石墨烯或其衍生物的分散液中浸渍，干燥、还原、洗涤、烘干；(4)将步骤(3)的得到的弹性织物在硝酸银和碳纳米管或其衍生物的混合分散液中浸渍，干燥、还原、洗涤、烘干，得到柔性织物基应变传感器。多巴胺或其衍生物的加入改善了碳系材料分散性差、容易团聚的问题，解决了传感器中导电材料与基体的键合牢固度问题，同时也解决了现有柔性应变传感器底灵敏度、宽应变等问题。

技术领域

本发明涉及一种柔性织物基应变传感器及其制备方法，属于传感器技术领域。

背景技术

作为可穿戴电子设备的核心部件，应变传感器的发展得到了人们越来越多的关注，在可穿戴设备、智能健康监测、柔性机器人、能源存储等领域具有广泛的应用。近年来，基于弹性织物的柔性传感器因其柔软、透气、成本低、等优点越来越受到人们的关注。织物基的柔性传感器能够与衣物集成，具有很大的应用前景。

目前有相关报道已经将碳纳米材料(碳纳米管、石墨烯和炭黑等)和金属纳米材料(金属纳米线和金属纳米颗粒)等引入到织物基体制备柔性传感器。通常导电材料采用浸涂、浸渍、直接浸轧、喷涂、复配液整理、交联改性、紫外光固化及化学气相沉积等方法将导电材料附着在弹性织物基底上。例如：Ravinder等人在聚酯织物上浸涂石墨烯(Ravinder RK,Gandla S,Gupta D.Highly Sensitive,Rugged,and Wearable Fabric Strain SensorBased on Graphene Clad Polyester Knitted Elastic Band for Human MotionMonitoring[J].Advanced Materials Interfaces,2019:1900409.)，结果发现，石墨烯与该弹性聚酯织物的结合性能较差，导致其在20-50％的传感范围内，灵敏度却为5，限制了其作为柔性传感器在可穿戴设备、人机交互等领域的应用。专利(CN110455176A)提及了一种柔性应变传感器的制备方法，该专利通过浸渍和水浴还原处理方式将碳纳米管和石墨烯沉积在锦氨织物表面，获得柔性应变传感器，然而采用上述专利制备的柔性织物应变传感器在长时间使用后，其表面的碳纳米管和石墨烯出现分层脱落，导致其传感性能不佳，而且上述专利也并未提及导电材料与基体之间的粘附效应问题。研发人员开始在导电材料与基体之间添加一些诸如聚乙二醇、硅烷偶联剂等试剂，以增强导电物质在弹性织物上的粘附性。然而，由于一些粘附试剂与弹性织物机械模量的不匹配导致其出现分层和/或局部断裂现象，限制了导电填料的分散性和导电性，进而限制了所制备的传感器作为可穿戴、便携式器件的应用。

发明内容

[技术问题]

目前的方法制备得到的织物应变传感器中导电物质(石墨烯、碳纳米管等)和弹性织物的结合力差，导致出现传感范围小、灵敏度差等问题。

[技术方案]

为了解决上述至少一个问题，本发明基于动态键合双重协同作用的层状浸渍工艺，提出了一种利用交替插层互锁制备柔性织物基应变传感器的方法，解决了传感器中导电材料与基体的键合牢固度问题，同时解决了现有应变传感器低灵敏度、宽应变等问题，并改善应变传感器作为可穿戴器件的能力。

本发明的第一个目的是提供一种制备柔性织物基应变传感器的方法，包括如下步骤：

(1)对弹性织物进行预处理，得到预处理后的弹性织物；

(2)采用多巴胺或其衍生物对步骤(1)预处理后的弹性织物进行改性，得到多巴胺或其衍生物改性后的弹性织物；

(3)将步骤(2)得到的多巴胺或其衍生物改性后的弹性织物在石墨烯或其衍生物的分散液中浸渍，干燥、还原、洗涤、烘干，得到包覆内导电结构的弹性织物；