[发明专利]一种三维柔性传感器材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种三维柔性传感器材料及其制备方法和应用，该传感器材料的制备方法如下：将导电剂、粘结剂和增强剂加入水中，分散均匀制得打印墨水；将打印墨水通过3D打印的方式制成器件，然后将器件浸入交联剂溶液中浸泡；将含有交联剂的器件通过冷冻干燥的方式进行干燥，制得。该柔性传感器可有效解决现有的传感器存在的硬度大，贴合度差的问题。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种三维柔性传感器材料及其制备方法和应用。

背景技术

传感器是一种把非电学的信号转换成电学信号的一种器件，是现代生活中的一种“感觉器官”。在生活中被广泛应用到了生活中的各个领域，包括在汽车、家用电器、环境保护、娱乐设施等方面，发挥着重要作用。

骨骼是人体的重要组成部分，在人体中起着保护、支持、造血、运动等功能。在人体所有的骨骼关节中，膝关节是人体大而复杂的屈曲关节，它承受很大的力，结构稳定灵活，完成人体的负重传递，在人体运动时发挥着重要作用。当人体膝关节受伤后，不仅需要进行治疗，而且术后的复健也很重要。术后的恢复程度需要一种判断标准进行评估。目前病人只能去医院进行复健，通过医生的指导进行复健。在这个过程中，由于医疗资源紧缺，对患者来说进行复健时存在着看病难、挂号难以及耗时的问题，需要一种灵活的复健方式来解决这个问题。

目前需要一种能够帮助患者进行自助式复健的传感器来对患者的恢复状况进行监测，使得患者在进行复健时能够不局限于医院，进而达到在家、在户外进行自助式复健的效果，此外传统的复健器件多为金属/半导体类的硬度较大的器件，对于受伤部位的贴合度和舒适度均未达到理想状态。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种三维柔性传感器材料及其制备方法和应用，该传感器可有效解决现有的传感器存在的硬度大，贴合度差的问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种三维柔性传感器材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将导电剂、粘结剂和增强剂加入水中，分散均匀制得打印墨水；

(2)将打印墨水通过3D打印的方式制成器件，然后将器件浸入交联剂溶液中浸泡；

(3)将含有交联剂的器件通过冷冻干燥的方式进行干燥，制得。

进一步地，步骤(1)中导电剂、粘结剂和增强剂的用量比为1:0.2-2:0.1-0.5，所述打印墨水中的固含量为10-15％。

进一步地，步骤(1)中的导电剂包括碳纳米管、石墨烯、导电炭黑和碳纤维中的一种。

进一步地，步骤(1)中粘结剂包括纤维素、壳聚糖、聚乙二醇、海藻酸钠、水溶性二氧化硅、聚丙烯酰胺、藻蛋白酸钠、酪蛋白、聚丙烯酸钠和聚氧乙烯中的一种。

进一步地，步骤(1)中增强剂包括氧化石墨烯。

进一步地，步骤(1)中打印墨水的制备方法如下：首先将粘结剂添加到水中，采用超声分散8-12min；再将增强剂加入，采用高速分散仪分散20-40min，转速为5000-20000rad/min；最后，将导电剂加入溶液中，继续采用高速分散仪分散50-70min，转速为1000-30000rad/min。

进一步地，具体打印方式如下：将打印墨水置于针筒中，采用玻璃板为接收器放置于下方三轴平台，设置打印压力为10～30psi，打印针头的直径为0.34～1.0mm，设定三轴平台的移动速度为5～20mm/min。

进一步地，样品层数为1-4层，每一层中的丝条间距与打印的针头直径一致。

进一步地，步骤(2)中交联剂为高价金属离子，高价金属离子为二价和三价，交联剂包括铜离子、铁离子、铝离子和钙离子中的一种。