具有贴附性和透气性的柔性触觉传感器及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115901028A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211069319.0(22)申请日2022.09.02(71)申请人河北工业大学地址300000天津市北辰区双口镇西平道5340号(72)发明人孟垂舟王鹏孙桂芬李国显禹伟郭士杰(74)专利代理机构天津易企创知识产权代理事务所(普通合伙)12242专利代理师魏凤程(51)Int.Cl.G01L1/18(2006.01)A61B5/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图6页(54)发明名称具有贴附性和透气性的柔性触觉传感器及其制备方法(57)摘要本发明提供了一种具有贴附性和透气性的柔性触觉传感器及其制备方法，属于触觉传感器的技术领域，其中触觉传感器包括TPU热熔粘附层、上电极层、下电极层及电解质层；TPU热熔粘附层与下电极层为一体结构，电解质层位于上电极层和下电极层之间；TPU热熔粘附层、上电极层、下电极层及电解质层均为多孔纤维结构。电极与电解质均是通过静电纺丝工艺获得的具有高透气，透湿性的多孔纤维结构，可以有更好的柔性，与复杂表面贴附更好，灵敏度更高；在下电极上构筑了一层TPU热熔胶膜，可以在不影响传感器透气性与柔性的前提下牢固的与人体皮肤进行贴合，不需要额外的胶水等，最大程度上降低了贴合对传感灵敏度的影响，提高了穿戴中的舒适性。CN115901028ACN115901028A权利要求书1/2页1.一种具有贴附性和透气性的柔性触觉传感器，其特征在于，包括TPU热熔粘附层、上电极层、下电极层及电解质层；TPU热熔粘附层与下电极层为一体结构，电解质层位于上电极层和下电极层之间；TPU热熔粘附层、上电极层、下电极层及电解质层均为多孔纤维结构。2.一种触觉传感器的制备方法，用于制备权利要求1中具有贴附性和透气性的柔性触觉传感器，其特征在于，包括如下步骤：将TPU热熔膜溶液通过静电纺丝工艺纺织成膜，形成TPU热熔粘附层；将TPU溶液使用静电纺丝工艺直接纺于TPU热熔粘附层上，形成TPU纤维结构，再将金属纳米线使用静电纺丝工艺喷涂于TPU纤维表面形成导体，以做传感器的下电极层；使用静电纺丝工艺将混合有离子的TPU溶液纺成具有多孔的电解质，形成电解质层；使用静电纺丝工艺将TPU溶液纺成TPU纤维，然后将金属纳米线喷涂于TPU纤维表面，成为上电极层。3.根据权利要求2所述的触觉传感器的制备方法，其特征在于，TPU热熔膜的制备包括如下步骤：将油性增粘剂、丙烯酸酯、DMSO、DMF和THF按照重量为0.1～0.2：0.1～0.2：1～2：4～6：1～6的比例加入烧杯中，形成混合溶液；将TPU颗粒按照10～15wt.％重量加入上述混合溶液中，放于60～70℃的磁力搅拌器水浴锅中搅拌2～3小时，直至所有TPU颗粒完全溶解；使用安装有9～19G针头的5ml或10ml的注射器将溶液吸入其中，并安装于静电纺丝设备上，并将参数设置为15～25KV电压，0.01～0.5ml/min的速度,纺丝0.5～1小时后获得TPU热熔膜。4.根据权利要求2所述的触觉传感器的制备方法，其特征在于，上电极层和下电极层中TPU纤维基电极的制备包括如下步骤：将DMSO、DMF和THF按照重量为1～2：4～5：4～5的比例加入烧杯中，形成混合溶液；将TPU颗粒按照10～20wt.％的比例加入到上述混合溶液中，然后放于60～70℃的磁力搅拌器水浴锅中搅拌2～3小时，直至所有TPU颗粒完全溶解；使用安装有9～19G针头的5ml或10ml的注射器将溶液吸入其中，并安装于静电纺丝设备上，并将参数设置为8～15KV电压，0.1～0.2ml/min的速度,纺丝1～2小时后获得TPU纤维层；配置1～5wt.％的金属纳米线水溶液，然后使用安装有9～19G针头的5ml或10ml的注射器将溶液吸入其中，并安装于静电纺丝设备上，并将参数设置为5～10KV电压，0.4～0.5ml/min的速度，纺丝5min～10min后获得TPU电极。5.根据权利要求2所述的触觉传感器的制备方法，其特征在于，电解质层的制备包括如下步骤：将DMSO、DMF和THF按照重量为1～2:4～5:4～5的比例加入烧杯中，形成混合溶液；将TPU颗粒按照10～20wt.％的比例加入到上述混合溶液中，然后再将富含离子的离子液体或盐溶液按照0～20wt.％加入上述混合溶液中，放于60～70℃的磁力搅拌器水浴锅中搅拌2～3小时，直至所有TPU颗粒完全溶解；然后使用安装有19G针头的5ml或10ml的注射器将溶液吸入其中，并安装于静电纺丝设2CN115901028A权利要求书2/2页备上，并将参数设置为25～35KV电压，0.001～0.005ml/min的速度,纺丝10～20小时后获得IL