[发明专利]一种可穿戴的柔性应力传感器及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及一种可穿戴的柔性应力传感器及其制备方法和应用。首先制备适合于丝网印刷的功能性油墨，并通过丝网印刷方法，把油墨印刷在可穿戴基底上，制得所需规格的应力传感器。用于监测由小范围至大范围物理形变如拉伸，弯曲，触摸等。在人体关节、表情、脉搏、心跳等电子皮肤领域和生物医学应用领域，人机交互领域，虚拟现实和娱乐技术等领域有诸多应用。本发明的柔性应力传感器具有以下优点：具有优异的拉伸弹性，拉伸应变可达100%；极高的灵敏度，灵敏度参数(Gauge Factor)最高达到8000以上；工作曲线的线性关系优良，拉伸重复性好，以及拉伸循环滞后小；制备流程简单，成本低廉，适宜于大批量的集成器件制备，应用前景广泛。

主权项

1.一种可穿戴柔性应力传感器，包含基底材料和导电层，其特征在于该导电层是通过丝网印刷基于多元功能复合材料的胶体油墨制备而成的，其中基于多元功能复合材料的胶体油墨原料的质量组成为：一维金属纳米线 0.87‑15%；二维无机纳米片层材料 0.2‑5%;高分子螯合剂 0.02‑1%；高价金属离子 0.01‑0.1%水或有机醇类溶剂 78.9‑98.8%上述组份之和为100%;所述的基底包括弹性聚氨酯系列：4055IC、1565IC、4037IC、B‑780、4030、4040，Clear flex 30、Clear flex 50、Clear flex 95；以及聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚4‑甲基戊烯、聚乙烯醇、棉布或丝绸；所述的多元功能复合材料的胶体油墨的制备方法包括以下步骤：1) 按计量称取二维无机纳米片，加入去离子水，超声分散得到二维无机纳米片的分散液并调节酸碱度至中性；2) 向步骤1)所得分散液中加入高分子螯合剂和高价金属离子，充分搅拌使其混合均匀；3) 向步骤2)所得混合液中加入金属纳米线，超声振荡使其分散均匀，通过微孔滤膜抽滤或者高速离心方法收集所得复合物，并用去离子水清洗多次，除去杂质，得到复合物；4) 将在步骤3)中所得到的复合物加入去离子水或有机醇类溶剂，超声、振荡之后得到分散性良好的导电功能性油墨。