[发明专利]一种柔性压力传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种柔性压力传感器及其制备方法，所述柔性压力传感器包括由上至下依次叠放的上柔性基材、上碳化纳米纤维膜、下碳化纳米纤维膜以及下柔性基材；其中，所述上碳化纳米纤维膜和下碳化纳米纤维膜之间设置两条向外延伸的引线。本发明具有超高的灵敏度和透光性，可用于人体微弱生理信号的实时监测，且该压力传感器采用天然生物质材料，制备工艺简单，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，更具体地，涉及柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

近年来，基于高灵敏度、低成本的可穿戴力学传感器引起了人们的广泛关注。柔性力学传感器可贴附于人体皮肤或集成在可穿戴设备中，实现对人体健康的实时检测，如心率、脉搏、发声等。作为人类声音捕捉和人机交互等领域有着广阔的应用前景。其中，压力传感器是最为普遍的一种。现有的压力传感器通常分为四类，晶体管式、电容式、压电式、电阻式压力传感器。其中晶体管式需要复杂的器件组装过程，压电式压力传感器的检测范围相对较窄且灵敏度较低，电容式压力传感器易受电容耦合的干扰。而压电式传感器器件组装过程简易、灵敏度高且无迟滞效应，作为可穿戴器件有着潜在的应用价值。

传统的压阻式压力传感器通常是由具有微结构设计的非导电性的弹性多聚物基底和导电层构成。其中利用施加压力过程中，使多聚物基底产生变形而改变导电层电阻，通过输出电流信号的变化来测试外加压力大小。虽然这种压阻式压力传感器可以实现高灵敏度、快速响应等性能，但带有微结构的多聚物基底设计通常需要印模、转印、刻蚀等多步操作过程，制备流程复杂。为实现高灵敏度的检测要求，多种纳米材料被应用作为导电层材料，如碳纳米管、石墨烯、金属纳米线，但这些材料制备过程复杂、成本高、难以批量合成，且碳纳米管等材料的生物毒性还未确定，故不适合应用于人体可穿戴设备。

蚕丝作为一种天然的生物材料，具有来源广泛、环境友好、与人体生物兼容性好的优良特性，收到了越来越多的广泛关注。而利用成熟的静电纺丝技术，可得到形貌均匀、高比表面积的蚕丝纳米纤维膜，通过高温热处理使其形成具有高导电性的石墨化微晶，可作为压力传感器的功能层材料。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的柔性压力传感器及其制备方法。

根据本发明的一个方面，提供一种柔性压力传感器，包括由上至下依次叠放的上柔性基材、上碳化纳米纤维膜、下碳化纳米纤维膜以及下柔性基材；

其中，所述上柔性基材和下柔性基材分别附有一条向外延伸的引线，且任意一条引线与且只与所在柔性基材上的碳化纳米纤维膜接触。

根据本发明的另一个方面，提供一种柔性压力传感器的制备方法，包括：

S1、以丝素蛋白甲酸溶液为纺丝液，基于静电纺丝仪在基底上制备蚕丝纳米纤维膜；

S2、对所述蚕丝纳米纤维膜在惰性气氛或者惰性气氛为主的气氛或者真空气氛中进行碳化处理，获得碳化纳米纤维膜；

S3、将两层所述碳化纳米纤维膜分别转移在两片柔性基材的表面，并在所述两片碳化纳米纤维膜上分别附着一根向外延伸引线；以及

S4、将两片附有引线的柔性基材上的碳化纳米纤维膜相对覆盖，任意一条引线与且只与所在柔性基材上的碳化纳米纤维膜接触，即得成品。

本申请提出一种柔性压力传感器及其制备方法，利用蚕丝制备蚕丝纳米纤维膜，进一步通过碳化处理获得形成具有高导电性的石墨化微晶，作为压力传感器的功能层材料，本柔性压力传感器具有超高的灵敏度和透光性，可用于人体微弱生理信号的实时监测，且该压力传感器采用天然生物质材料，制备工艺简单，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的柔性压力传感器的结构示意图；

图2为本发明的柔性压力传感器的生产工艺流程图；