[发明专利]具有高灵敏度和大应变响应的应变传感器及其制备方法

权利要求书

1.柔性应变传感器，所述传感器包括柔性基体、覆盖于柔性基体表面的导电涂层以及导线固定单元和一对电极，其特征在于，所述柔性基体为纤维，所述导电涂层表面具有均匀分布的裂缝-褶皱微结构；

并且所述柔性应变传感器采用下述制备方法制得：

1)将清洁的纤维置于溶剂中溶胀，然后将溶胀后的纤维放入液态导电涂料中，经过超声处理在纤维表面形成导电涂层；

2)在导电涂层上构筑裂缝-褶皱微结构，并在导电涂层的两端连上电极，即得到具有裂缝-褶皱微结构的应变传感器；其中，构筑裂缝-褶皱微结构的方法为：对步骤1)中形成了导电涂层的纤维以恒定的速率施加5％～400％的应变，然后再以相同的速率使应变回复。

2.根据权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述纤维包括：聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维、聚氯乙烯纤维、聚氨酯纤维、棉纤维、黏胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维、亚麻纤维、苎麻纤维、黄麻纤维、竹纤维、剑麻纤维或蕉麻纤维中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述纤维为聚氨酯纤维。

4.根据权利要求2或3所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述纤维的细度为15～3000D，直径为10～700μm。

5.根据权利要求1～3任一项所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述导电涂层采用下述方式制得：将溶胀的纤维放入液态导电涂料中，经过超声处理在纤维表面形成导电涂层。

6.根据权利要求5所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述导电涂料为掺杂型导电涂料，包括：石墨烯导电涂料、碳纳米管导电涂料、炭黑导电涂料、石墨导电涂料、银纳米线导电涂料、金属导电涂料或金属氧化物导电涂料中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的柔性应变传感器，其特征在于，所述导电涂层的表面电阻率为30～10¹⁰Ω/□，涂层厚度为1～20μm；其中，Ω/□代表方块电阻，指一个正方形的薄膜导电材料边到边之间的电阻。

8.权利要求1～7任一项所述的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

1)将清洁的纤维置于溶剂中溶胀，然后将溶胀后的纤维放入液态导电涂料中，经过超声处理在纤维表面形成导电涂层；

2)在导电涂层上构筑裂缝-褶皱微结构，并在导电涂层的两端连上电极，即得到具有裂缝-褶皱微结构的应变传感器；其中，构筑裂缝-褶皱微结构的方法为：对步骤1)中形成了导电涂层的纤维以恒定的速率施加5％～400％的应变，然后再以相同的速率使应变回复。

9.根据权利要求8所述的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，

步骤1)中，所述溶剂为能使纤维溶胀的溶剂，包括：丙酮、乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、二甲基亚砜或三氟乙酸中的至少一种；或：

步骤1)中，导电油墨分散液中导电填料的浓度为10～30wt％；或：

步骤2)中，采用拉伸、弯曲或扭曲的方式对形成了导电涂层的纤维施加应变。

10.根据权利要求9所述的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。

11.根据权利要求8所述的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于，步骤2)中施加应变的速率为0.1mm/min～50mm/min；施加的应变为30％～100％。