[发明专利]基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器及其制备方法，其包括线型高导电内芯和包覆于线型高导电内芯表面的低导电外层；低导电外层由经聚乙烯醇、甲醛和甘油力学改性的PEDOT:PSS制备而成；线型高导电内芯由经山梨醇、苹果酸、氯化钠和纳米银粉末电学改性的PEDOT:PSS制备而成。本发明制备的柔性应变传感器具有超灵敏、高一致性、高稳定性和高可拉伸等特性，用于人体可穿戴领域，具有良好的实用性。

技术领域

本发明属于传感器领域，具体涉及一种基于PEDOT:PSS的超灵敏柔性应变传感器及其制备方法。

背景技术

柔性应变传感器是可穿戴应用领域的研究热点。近年来，人们对高灵敏度柔性应变传感器研究做出了很多工作：

Song等(Chen Song, et al. Ultrasensitive cracking-assisted strainsensors based on silver nanowires/graphene hybrid particles. ACS AppliedMaterials  Interfaces，2016，25563–25570)通过沉淀、真空过滤和锻造工艺，开发了基于银纳米线/石墨烯颗粒的柔性应变传感器，该传感器经过预拉伸产生了裂纹结构，能够在0.8%-1%的应变下产生高达4000的高应变系数。但是由于该传感器的裂纹结构是经过预拉伸随机产生的，并不能控制裂纹的数量和出现位置，因此传感器的稳定性和重复性不能够得到保证。

韩志武等(韩志武，等，基于规则微米裂纹阵列结构柔性应变传感器及其制备方法，ZL201810221724.7，2019)利用聚苯乙烯材料受应力易开裂的特性，选择其作为裂纹阵列的发生前体，再选择PDMS作为承载体，将聚苯乙烯表面的裂纹结构过渡到PDMS上，进一步在反结构PDMS上涂覆金属导电层。这个方法可以制备出放射状直线微米级规则裂纹阵列，但由于在初期并不能对聚苯乙烯产生的裂纹数量以及间距和深度进行控制，从本质上来说对制得的传感器性能也是不可控的。

刘平(刘平，一种具有规则裂纹结构的柔性应变传感器及其制作方法，ZL201911136167.X，2020)通过基于印刷后再切割或者直接印刷的方法，提出了一种具有规则裂纹结构的柔性应变传感器及其制作方法，该方法旨在解决现有柔性应变传感器一致性差、可靠性差、重复性低、灵敏度低、响应时间慢以及恢复时间过长等问题，同时解决柔性应变传感器难以实现低成本和大规模生产的问题。但该方法仅适用于片型传感器，对于传感器的形状有限制性要求，不能和织物进行良好的缝合。此外，所制备得到的传感器需要进一步封装。

Peng等(Xuwen Peng, et al. Stretchable, compressible, and conductivehydrogel for sensitive wearable soft sensors，Journal of Colloid and InterfaceScience，2022，618：111-120)通过将导电聚合物PEDOT:PSS并入机械坚固的聚乙烯醇/丙烯酸双网水凝胶中，制备了多功能导电水凝胶应变传感器，该传感器可以通过简单地调整聚合物组成和冻融循环次数来跨越广泛的机械性能范围。但是传感器缺乏高灵敏的结构设计，导致传感器灵敏系数较低。

Sun等(Fuchang Sun. et al，Highly transparent, adhesive, stretchableand conductive PEDOT:PSS/polyacrylamide hydrogels for flexible strainsensors，Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects，2021，625：126897)通过半互穿网络策略开发了粘合、可拉伸和坚韧的PEDOT:PSS/聚丙烯酰胺水凝胶，在甲基丙烯酸的作用下，水凝胶的自粘合性、拉伸性能得到了改善。但是该传感器结构设计简单，只适用于测量较大应变，且信号的稳定性得不到保障。