[发明专利]一种柔性可穿戴导电纤维传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种柔性可穿戴导电纤维传感器及其制备方法和应用，该柔性可穿戴导电纤维传感器包括：支撑材料，所述支撑材料包括弹性芯纱线、螺旋缠绕在所述弹性芯纱线外表面的缠绕纤维；和涂覆于所述支撑材料的所述缠绕纤维表面的导电层。本发明的柔性可穿戴导电纤维传感器采用了独特的弹性螺旋状双包覆结构，能够感应拉伸应变，弯曲角度，扭转变形。

技术领域

本发明涉及一种柔性可穿戴纤维传感器及其制备方法和应用，属于柔性及可穿戴电子学领域以及新材料技术领域。

背景技术

柔性可穿戴传感器主要致力于感应和监测各种人体活动，在运动感应、个人健康监测、智能机器人和人机交互方面都有着广泛的应用。传统的应变传感器，如基于金属箔以及半导体的传感器，由于不具有很好的柔性以及可探测范围很小(<5％)，所以无法应用于柔性可穿戴传感器【参照文献1,2】。一些纳米材料由于具有很好的机械柔性以及导电性，开始被应用于各式柔性的应变传感器，如碳纳米管【参照文献3,4】、石墨烯【参照文献5,6】和金属纳米线【参照文献7,8】。尽管取得了一些进展，但现今仍然存在两个主要的问题：一是难以同时获得高的灵敏性和大的感应范围；另一个是当前的柔性传感器大多功能单一，例如只能感应拉伸应变，无法同时感应弯曲、扭转等其他变形，因此不适用于对复杂而精细的人体活动的感应。目前，还没有能够有效对拉伸应变、弯曲以及扭转产生相响应的柔性可穿戴传感器。而且，现有的柔性可穿戴传感器的制备方法工艺较为复杂，不适于大规模量产。例如CN103225204A公开一种可穿戴的柔性传感器，其结构复杂，制备方法繁琐，且仅能通过感知压力变化来感知脉搏；CN204007957U公开一种柔性传感器，其包括弹性体和吸附在弹性体上的导电层，所述导电层跟随所述弹性体的形变而发生的电阻值的改变，但是该传感器并不具有可穿戴的性质，不适用于人体。因此，开发一种工艺简单、易于操作并且能够扩大量产的柔性可穿戴传感器的制备方法是十分重要的，但就本发明的发明人所知，目前为止还没有开发出有效的方法。

现有技术文献

非专利文献

Ajovalasit,A.&Zuccarello,B.Local reinforcement effect of a straingauge installation on low modulus materials.J Strain Anal Eng Des 40,643-653(2005).

非专利文献2

Barlian,A.A.,Park,W.-T.,Mallon,J.R.,Jr.,Rastegar,A.J.&Pruitt,B.L.Review:Semiconductor Piezoresistance for Microsystems.P Ieee 97,513-552(2009).

非专利文献3

Cohen,D.J.,Mitra,D.,Peterson,K.&Maharbiz,M.M.A highly elastic,capacitive strain gauge based on percolating nanotube networks.Nano Lett 12,1821-1825(2012).

非专利文献4

Li,S.et al.Working mechanisms of strain sensors utilizing alignedcarbon nanotube network and aerosol jet printed electrodes.Carbon 73,303-309(2014)

非专利文献5