一种基于碳化香蒲的柔性压力传感器及其制作方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115387124A(43)申请公布日2022.11.25(21)申请号202211047046.X(22)申请日2022.08.30(71)申请人武汉纺织大学地址430200湖北省武汉市江夏区阳光大道一号(72)发明人崔永明白剑虹王金凤刘清涛曾贝妮朱茜茜张守伟郭套连(74)专利代理机构北京金智普华知识产权代理有限公司11401专利代理师张晓博(51)Int.Cl.D06M15/643(2006.01)G01L1/16(2006.01)D06M101/40(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种基于碳化香蒲的柔性压力传感器及其制作方法(57)摘要本发明提供了一种基于碳化香蒲的柔性压力传感器的制作方法，包括下列步骤：S1、将原始香蒲干燥，并在管式炉中碳化，得到碳化香蒲纤维并称重；S2、将碳化香蒲纤维浸泡于一定量的PDMS溶液中，之后进行真空干燥；S3、重复S2步骤4次后恒温干燥，得到PDMS/碳化香蒲压力传感器，香蒲独特的三维网状结构，经过碳化后可以转化为高导电性的碳材料，同时保持其原有结构，制作的压力传感器传感性能稳定，并且制作方法简单，成本低；本发明还提供通过上述方法制备的基于碳化香蒲的柔性压力传感器，对50～500g的压力载荷和5～15°角的弯曲有良好的响应，能连续检测到相应的电信号，可应用在人体全尺寸运动的穿戴式监测上。CN115387124ACN115387124A权利要求书1/1页1.一种基于碳化香蒲的柔性压力传感器的制作方法，其特征在于，包括下列步骤：S1、将原始香蒲干燥，并在管式炉中碳化，得到碳化香蒲纤维并称重；S2、将碳化香蒲纤维浸泡于一定量的PDMS溶液中，之后进行真空干燥；S3、重复S2步骤4次后恒温干燥，得到PDMS/碳化香蒲压力传感器。2.如权利要求1所述的基于碳化香蒲的柔性压力传感器的制作方法，其特征在于，S1步骤还包括：原始香蒲在70℃下干燥24h，去除香蒲中的水分，将干燥后的香蒲放置于坩埚中，将坩埚放进管式炉中，香蒲在氮气氛围下净化30min后开始碳化。3.如权利要求2所述的基于碳化香蒲的柔性压力传感器的制作方法，其特征在于：管式炉的碳化控制流程为，将碳化温度设定360℃，升温速率3℃min‑1，保温60min，升温速率3℃min‑1，升温至800℃，在氮气气氛下保温120min。4.如权利要求1所述的基于碳化香蒲的柔性压力传感器的制作方法，其特征在于：S2步骤中碳化香蒲纤维和PDMS溶液的质量比为1:10。5.一种采用如权利要求1‑4所述的方法所制得的基于碳化香蒲的柔性压力传感器。6.如权利要求5所述的基于碳化香蒲的柔性压力传感器，其特征在于：对50～500g的压力载荷和5～15°角的弯曲有良好的响应。2CN115387124A说明书1/5页一种基于碳化香蒲的柔性压力传感器及其制作方法技术领域[0001]本发明涉及一种柔性压力传感器，具体涉及一种基于碳化香蒲的柔性压力传感器及其制作方法。背景技术[0002]传统的压力传感器由金属和半导体组成，灵活性差，传感范围低，限制了其在可穿戴设备中的应用。柔性压力传感器可以检测机械变形，并将形变转化为电阻、电容和电压等电信号，近年来，几种导电材料因其出色的电学和力学性能被应用于柔性应变/压力传感领域，制备的传感器具有较高的灵敏度，远高于传统的金属传感器。但是这些应变/压力传感器的制造工艺复杂，成本高，制备的传感器缺乏可持续性。[0003]生物基柔性传感材料具有柔性、环保、易制备、高灵敏度等特点，在压力传感领域具有广阔的应用前景。天然生物材料衍生的碳材料具有资源丰富、可再生、环境友好等优势，其中香蒲是一种低成本、来源广泛的生物质材料，它具有独特的三维网状结构，纤维紧密有序地排列在香蒲杆表面，香蒲已作为模板形成多种用途的功能材料，如抗菌活性材料、超级电容器、锂离子电池、污染物吸附剂和太阳能蒸汽发生器，但用于传感器的应用还没有被探索。[0004]因此有必要设计一种传感性能高、制造工艺简单、经济环保的柔性应变压力传感器，以克服上述问题。发明内容[0005]本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种基于碳化香蒲的柔性压力传感器及其制作方法，香蒲独特的三维网状结构，经过碳化后可以转化为高导电性的碳材料，同时保持其原有结构，制作的压力传感器传感性能稳定，并且制作方法简单，成本低。[0006]本发明是这样实现的：[0007]本发明提供一种基于碳化香蒲的柔性压力传感器的制作方法，包括下列步骤：[0008]S1、将原始香蒲干燥，并在管式炉中碳化，得到碳化香蒲纤维并称重；[0009]S2、将碳化香蒲纤维浸泡于一定量的PDMS溶液中，之后进行真空干燥；[0010]S3、重复S2步骤4次