[发明专利]一种用于智能穿戴电子传感的聚偏氟乙烯纤维及制备方法

说明书

本发明涉及智能控制传感器领域，公开了一种用于智能穿戴电子传感的聚偏氟乙烯纤维及制备方法。包括如下制备过程：（1）将金属酞菁溶于溶剂中，制得金属酞菁溶液；（2）加入电解质，制得沉积溶液；（3）通过电化学法将金属酞菁沉积于中空聚偏氟乙烯纤维表面；（4）洗涤、真空干燥，制得负载金属酞菁的聚偏氟乙烯纤维。本发明通过负载金属酞菁，显著提升了压电传感器对电子的快速传递和协同电催化作用，可有效监测出微弱、不同方向的震动，在医用领域、智能穿戴、应变等领域有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及智能控制传感器领域，公开了一种用于智能穿戴电子传感的聚偏氟乙烯纤维及制备方法。

背景技术

压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变（包括弯曲和伸缩形变）时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。压电材料它可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。压电式传感器中用得最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体，另外高结晶聚合物也是压电传感器中有着广泛的应用。

聚偏氟乙烯是一种高结晶度的含氟聚合物，属于一种坚韧的 塑性工程塑料。经拉伸极化后的聚偏氟乙烯薄膜具有压电效应，聚偏氟乙烯薄膜的压电电压常数几乎在所有压电材料中是最高的；聚偏氟乙烯压电薄膜质轻柔软，对结构的力学性能影响很小，与结构有着良好的兼容性；具有很宽的频率响应范围。聚偏氟乙烯压电薄膜传感器在工业自动化、仪器仪表、医疗电子、电声、水声、结构检测等领域有广阔的应用前景。

另外，酞菁是一类p型有机分子半导体，酞菁化合物的大π体系，具有18π电子且分布均匀，故其苯环不易变形。此外，酞菁环内的空穴可以容纳多种金属以形成金属络合物，进而展现出良好的空穴传输能力。近来，酞菁已被应用于光催化降解、氨敏传感器及多巴胺检测等领域。但在传感器应用中，环境温湿度、电缆噪声、接地回路等都对传感器引入噪声，在生物振动信息检测中体表温度和静电是较强的干扰源，因此传感器的灵敏度成为其性能的关键。

中国发明专利申请号201710323643.3公开了一种聚偏氟乙烯纤维压电传感器，包括中空的PVDF纤维（2），PVDF纤维（2）内充注有导电液体（3），PVDF纤维（2）外表涂镀导电银浆（1）；还包括第一金属丝（5）和第二金属丝（6），第一金属丝（5）通过导电液体（3）与PVDF纤维（2）外表面电连接，第二金属丝（6）与PVDF纤维（2）内的导电液体（3）电连接。该发明的聚偏氟乙烯纤维压电传感器，灵敏度高、应用范围广。

中国发明专利申请号201610710933.9公开了一种PVDF纳米纤维/石墨烯/弹性纤维压电传感器及其制备方法，压电传感器的结构为：石墨烯/弹性纤维外表覆盖着PVDF纳米纤维，石墨烯包覆弹性纤维。制备方法包括：将弹性纤维浸入到氧化石墨烯分散液中，放置，取出后烘干，得到表面包覆氧化石墨烯的弹性纤维，还原，清洗，烘干，得到表面包覆石墨烯的弹性纤维；然后和PVDF纺丝液置于静电纺丝仪中，静电纺丝，即得。该发明的制备方法简单，得到的PVDF纳米纤维/石墨烯/弹性纤维压电传感器力学性能稳定，不需要额外的电源支持，即可准确、灵敏监测动态变形信号，循环稳定好；在柔性电子、可穿戴传感器领域具有广阔的应用前景。

根据上述，现有方案中用于压电传感器的高结晶聚合物、半导体等材料，在应用中受环境影响较大，对于微弱力或振动的灵敏度较弱，影响了正常应用，本发明提出了一种用于智能穿戴电子传感的聚偏氟乙烯纤维及制备方法，可有效解决上述技术问题。

发明内容

目前应用较广的压电传感器受环境温湿度、电缆噪声、接地回路等都对传感器引入噪声，在生物振动信息检测中体表温度和静电是较强的干扰源，使得传感器存在对于微弱力或振动的灵敏度较低的缺点。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于智能穿戴电子传感的聚偏氟乙烯纤维的制备方法，制备的具体过程为：