[发明专利]一种基于仿生多级结构复合柔性压阻传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于仿生多级结构复合柔性压阻传感器及其制备方法，主要包括通过等离子对PVDF纳米纤维膜进行亲水改性，进一步于亲水改性的PVDF纳米纤维膜表面进行原位聚合生长PANI纳米线，制得核壳结构PANI/PVDF复合导电纤维膜；模仿玫瑰花瓣表面微突结构并结合磁控溅射技术制备多级微结构柔性电极；通过银浆和铜导线来引出电极，制备了新型互锁仿生多级结构电极和中间核壳结构纤维膜的多层结构压阻传感器。该压阻传感器不仅兼具高的灵敏度和宽的响应范围，还具有结构简单、制备简便、成本低廉等特点。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及到一种基于仿生多级结构复合柔性压阻传感器及其制备方法。

背景技术

柔性可穿戴压力传感器具有出色的力-电转换能力在个人医疗监护、人机交互、智能机器人和运动检测中具有广泛的应用前景。基于压阻传感器、电容传感器、压电传感器和摩擦电传感器不同机理，压阻传感器由于其结构简单，成本效益高且易于制造而得到了广泛的发展。尽管在提高压阻传感器的灵敏度，检测极限，灵活性和稳定性方面已取得了一定的进步，但难以同时实现高灵敏度和宽线性范围是目前限制其应用的主要难题。通常来说，基于等效介质理论的压阻式传感器本征上具有优异的灵敏度，但由于材料固有的粘弹性和热膨胀特性导致传感器差的响应能力和严重的热干扰。另外，基于接触电阻变化的压阻传感器通过改变接触面积变化速率具有优异的灵敏度和快速的响应能力。

发明内容

针对上述的不足，本发明的目的是提供一种基于仿生多级结构复合柔性压阻传感器及其制备方法，可有效解决现有压阻传感器无法兼备高灵敏度和宽的监测范围的问题。

为达上述目的，本发明采取如下的技术方案：

本发明提供一种基于仿生多级结构复合柔性压阻传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备PVDF(聚偏氟乙烯)纳米纤维膜；

S2、将S1所得的PVDF纳米纤维膜进行亲水改性；

S3、于S2所得的亲水改性PVDF纳米纤维膜表面进行原位聚合生长PANI(聚苯胺)纳米线，制备PANI/PVDF复合导电纤维膜；

S4、制备具有仿生玫瑰花瓣表面微结构的PDMS(聚二甲基硅氧烷)膜；

S5、通过S4所得的具有仿生玫瑰花瓣表面微结构的PDMS膜制备多级微结构柔性电极；

S6、通过S3所得的PANI/PVDF复合导电纤维膜和S5所得的多级微结构柔性电极制得基于仿生多级结构复合柔性压阻传感器。

进一步地，S1中制备PVDF纳米纤维膜的具体过程为：

S1.1、将PVDF置于溶剂中，于50℃～75℃搅拌1.5～3小时，制得纺丝前驱体溶液；其中，纺丝前驱体溶液中PVDF的质量分数为20％～35％。

S1.2、将S1.1所得的纺丝前驱体溶液通过静电纺丝技术制备PVDF纳米纤维膜。

进一步地，S1.1中溶剂为丙酮、二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、甲苯和乙酸乙酯中的至少一种，优选为体积比为1:1的丙酮和二甲基乙酰胺混合溶剂。

进一步地，S1.1中的温度为60℃，搅拌时间为2小时。

进一步地，S1.2中静电纺丝的参数为：注射器连接20G针头，加载电压15～19kV，针头与基板间距离为8～15cm，推进速度为0.01～0.04ml/min，温度为26℃～31℃，空气相对湿度为35％～50％，纺丝时间为0.5～2小时，将所得膜在30℃～50℃下干燥10～13小时，然后在130℃～150℃下继续干燥1.5～3小时后即可。