一种柔性压力传感器及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115950554A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202211604642.3B05D7/24(2006.01)(22)申请日2022.12.13(71)申请人陕西科技大学地址710021陕西省西安市未央区大学园(72)发明人鲍艳雷鹏朱孝锋张文博刘超祝茜(74)专利代理机构北京中巡通大知识产权代理有限公司11703专利代理师李晓晓(51)Int.Cl.G01L1/00(2006.01)A61B5/00(2006.01)D04H1/728(2012.01)D04H1/4358(2012.01)D01D5/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图5页(54)发明名称一种柔性压力传感器及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种柔性压力传感器及其制备方法和应用，属于柔性压力传感器技术领域。本发明公开了一种柔性压力传感器，其结构中，由若干ZnO阵列导电纤维膜组成了梯度褶皱结构，其中ZnO阵列导电纤维膜由纤维膜外包ZnO阵列和导电材料形成；所述梯度褶皱结构能实现导电通路随压力增加的逐级激活，即通过梯度褶皱结构补偿ZnO阵列在压力变高时的饱和效应，以提高受压过程中导电材料间达到恒定接触面积所需要的载荷，拓宽压力传感范围；同时，由于ZnO阵列的互锁，当传感器受到压力刺激时，导电材料间的接触面积将发生大的变化，从而具有高的灵敏度。CN115950554ACN115950554A权利要求书1/2页1.一种柔性压力传感器，其特征在于，包括两片面对面堆叠的微结构纤维膜基体，所述微结构纤维膜基体包括基体(4)和梯度褶皱结构(2)，所述梯度褶皱结构(2)设置在基体(4)的表面；所述梯度褶皱结构(2)包括若干ZnO阵列导电纤维膜(3)，所述若干ZnO阵列导电纤维膜(3)在基体(4)的表面上依次排列设置，相邻ZnO阵列导电纤维膜(3)之间存在高度差；所述ZnO阵列导电纤维膜(3)由纤维膜、ZnO阵列(1)和导电材料组成，所述纤维膜的表面依次涂覆有ZnO阵列(1)和导电材料；所述两片微结构纤维膜基体的梯度褶皱结构(2)分别连接有导线。2.根据权利要求1所述的一种柔性压力传感器，其特征在于，所述基体(4)为丙烯酸基体；所述纤维膜的材料为聚氨酯纤维膜；所述导电材料为Ti3C2Tx。3.根据权利要求1所述的一种柔性压力传感器，其特征在于，所述柔性压力传感器在260kPa下的灵敏度最大为236.5kPa‑1。4.权利要求1～3中任意一项所述的一种柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在纤维膜浸表面涂覆导电材料，得到导电纤维膜；S2：将导电纤维膜浸泡在二水合乙酸锌与氢氧化钠组成的乙醇分散液中，在纤维膜的表面包覆ZnO种子层，得到具有ZnO种子层的纤维膜；S3：将具有ZnO种子层的纤维膜浸泡在ZnO前驱体溶液中，通过水热法在具有ZnO种子层的纤维膜的表面生长ZnO阵列(1)，随后在表面涂覆导电材料，得到ZnO阵列导电纤维膜(3)；S4：将得到的ZnO阵列导电纤维膜(3)转移到经单向预拉伸的基体(4)上，释放应变后，获得梯度褶皱结构(2)，得到微结构纤维膜基体；S5：将S3中得到的两片微结构纤维膜基体面对面堆叠，并在上部和下部的梯度褶皱结构(2)上分别引出导线。5.根据权利要求4所述的一种柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述纤维膜为聚氨酯纤维膜，所述导电材料为Ti3C2Tx，所述基体(4)为丙烯酸基体，所述柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：S11：将制备得到的聚氨酯纺丝液通过静电纺丝制备成聚氨酯纤维膜，将聚氨酯纤维膜浸泡在Ti3C2Tx的水分散液中，得到具有Ti3C2Tx导电层的纤维膜；S21：将具有Ti3C2Tx导电层的纤维膜浸泡在二水合乙酸锌与氢氧化钠组成的乙醇分散液中，在聚氨酯纤维膜的表面包覆ZnO种子层，得到具有ZnO种子层的纤维膜；S31：将具有ZnO种子层的纤维膜浸泡在六水合硝酸锌、六次甲基四胺和去离子水组成的ZnO前驱体溶液中，通过水热法在具有ZnO种子层的纤维膜的表面生长ZnO阵列(1)，随后在表面浸涂Ti3C2Tx分散液，经过真空烘干后得到ZnO阵列导电纤维膜(3)；S41：将得到的ZnO阵列导电纤维膜(3)转移到经单向预拉伸的丙烯酸基体上，释放应变后，获得梯度褶皱结构(2)，得到微结构纤维膜基体；S51：将S3中得到的两片微结构纤维膜基体面对面堆叠，并在上部和下部的梯度褶皱结构(2)上分别引出导线。6.根据权利要求5所述的一种柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯纺丝液的制备方法为：S11中，将聚氨酯颗粒加入N，N‑二甲基甲酰胺和四氢呋喃的混合溶剂中，水浴下磁力搅拌下直至完全溶解，得到聚氨酯纺丝液；所述聚氨酯纺丝液