一种可穿戴的柔性应力传感器及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109238522A(43)申请公布日2019.01.18(21)申请号201811104807.4(22)申请日2018.09.21(71)申请人南开大学地址300071天津市南开区卫津路94号(72)发明人梁嘉杰史鑫磊(74)专利代理机构天津市杰盈专利代理有限公司12207代理人赵尊生(51)Int.Cl.G01L1/20(2006.01)C09D11/52(2014.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种可穿戴的柔性应力传感器及其制备方法和应用(57)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(GaugeFactor)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。CN109238522ACN109238522A权利要求书1/2页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，Clearflex30、Clearflex50、Clearflex95；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。2.根据权利要求1所述的可穿戴柔性应力传感器，其特征在于所述一维金属纳米线是指金、银、铜、镍、铂、钯、铝金属纳米线中的一种，或两种,或两种以上组成的合金的金属纳米线；所述金属纳米线的直径为10-200纳米，长度为5-150微米。3.根据权利要求1所述的可穿戴柔性应力传感器，其特征在于所述二维无机纳米材料是指单层或寡层氧化石墨烯，或单层或寡层二维过渡金属碳化物，或氮化物中的一种或两种；所述的单层或寡层氧化石墨烯是指分子骨架有六角形晶格排列的单层石墨烯原子组成的，含有大量有机含氧官能团，包括羟基、羧基、环氧基、羰基的二维平面材料，单片面积大小在1µm2到100µm2之间，厚度为0.3-5nm之间，采用化学氧化方法制备；所述的二维过渡金属碳化物或氮化物是指具有类似石墨烯的二维结构,其化学通式是Mn+1XnTz,n=1,2,3；通过化学液相法选择性蚀刻掉MAX相中的A元素得到相应的MXene相，其中M代表钪、钛、钒、铬、锆、铌、钼、铪、钽、钨过渡金属元素，A代表铝、硅、磷、硫、镓、锗、砷、镉、铟、锡、铊、铅元素，X代表碳或者氮元素，T为表面链接的-F、-OH、=O活性官能团；所述二维过渡金属碳化物或氮化物是指Ti2CTx、V2CTx、Nb2CTx、Mo2CTx、(Ti,V)2CTx、(Ti,Nb)2CTx、Ti3C2Tx、Ti3(C,N)2Tx、Zr3C2Tx、(Ti,V)3C2Tx、(Cr,V)3C2Tx、(Mo2Ti)C2Tx、(Cr2Ti)C2Tx、Ti4N3Tx、Nb4C3Tx、Ta4C3Tx、(Ti,Nb)4C3Tx、(Nb,Zr)4C3Tx、(Mo2Ti2)C3Tx相中的一种，其中T表示面链接的-F、-OH、=O活性官能团,x代表表面官能团的数目。4.根据权利要求1所述的可穿戴柔性应力传感器，其特征在于所述的高分子螯合剂是2CN109238522A权利要求书2/2页指多巴胺、聚丙烯胺、壳聚糖、多熔素中的一种或几种；所述的