[发明专利]一种超疏水压阻式压力传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种超疏水压阻式压力传感器及其制备方法和应用。该制备方法是将戊二醛加入羧基化多壁碳纳米管和壳聚糖的醋酸混合液中交联0.5‑2h，然后冷冻干燥24‑48h得到气凝胶；将所得气凝胶先浸入氧化石墨烯溶液，然后再浸入抗坏血酸溶液，并在60‑80℃下还原1‑3h，最后将其在全氟辛基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡12‑24h，取出干燥后在两端贴上电极，制得超疏水压阻式压力传感器。本发明制备的压阻式压力传感器表面水滴静态接触角大于150°，对外部压力刺激表现出稳定的电响应信号，且传感器在压缩时依然保持疏水性，可用于人体运动检测。

技术领域

本发明涉及一种压阻式压力传感器，具体涉及一种超疏水压阻式压力传感器及其制备方法和应用。

背景技术

压阻式压力传感器可以将外力转换为电阻变化，从而通过电学测试间接地检测外力变化。由于其简单的制备工艺，较高的成本效益以及方便的信号采集机制，压阻式压力传感器被广泛应用于电子皮肤、交互式可穿戴设备、医疗保健、智能机器人等领域。

中国发明专利申请CN108328595A公开了一种碳气凝胶及其制备方法和压力传感器，由无定形碳和石墨烯通过“泥砖”结构构成的具有全向可压缩超弹性的碳气凝胶。该制备方法是将糖类添加剂和氧化石墨烯分散到溶剂中形成氧化石墨烯和添加剂混合分散溶液；将混合溶液进行干燥，获得含添加剂的氧化石墨烯气凝胶；在惰性气体保护下高温热处理含添加剂氧化石墨烯气凝胶，得到碳气凝胶，得到的碳气凝胶具有全向可压缩超弹性、全向可回复压缩性、高强度的和高导电性，同时可以作为触觉和压力传感器。然而该技术需要惰性气体氛围保护、高温热处理等严苛的反应条件，制备成本较高。

中国发明专利申请CN106902715A公开了一种三维结构复合气凝胶。该气凝胶包括氮掺杂碳纳米管、银纳米粒子、聚吡咯以及海藻酸钠和/或海藻酸钾，由冷冻干燥法制得。该气凝胶具有良好的机械性能，且由于其三维结构以及氮掺杂碳纳米管和银纳米粒子的导电性，该气凝胶可用作压力传感器。然而，该技术使用贵金属提供导电性，成本较高，且导电填料分散在气凝胶骨架中，导电通路不连续，导致压力传感器灵敏度不高，限制了传感器的应用范围。

此外，传统的压阻式压力传感器由于缺少疏水性，很容易被水润湿造成短路。并且水中的腐蚀性物质如酸，碱和氧化剂等会导致导电物质的分解或氧化，从而降低其导电性。因此，发展一种制备方法简便、经济高效的超疏水压阻式压力传感器显得尤为重要。

发明内容

本发明针对目前压阻式压力传感器不具备防水功能，易被水润湿导致使用寿命缩短的问题，提供一种超疏水的压阻式压力传感器及其制备方法，所得传感器可对外部刺激进行快速响应，且具有良好的超疏水稳定性。

本发明另一目的在于提出所述的超疏水压阻式压力传感器在人体运动检测中的应用。

本发明首先将壳聚糖溶解于羧基化碳纳米管的醋酸分散液中，再加入戊二醛使其交联形成水凝胶，然后冷冻干燥得到气凝胶；将所得气凝胶先浸入氧化石墨烯溶液中，使氧化石墨烯通过氢键作用包覆在气凝胶表面，再浸入抗坏血酸溶液中原位还原氧化石墨烯，最后再将其浸入全氟辛基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，乙氧基与氧化石墨烯上未被还原的羟基之间发生脱水缩合，从而制得超疏水气凝胶。在气凝胶的两端贴上电极，得到超疏水压阻式压力传感器。在本发明中，通过羧基化碳纳米管及气凝胶固有的多孔结构构造等级粗糙度，利用全氟辛基三乙氧基硅烷降低表面能，同时羧基化碳纳米管与还原氧化石墨烯协同提供导电通路。本发明具有成本低廉、操作简便等优点，所得传感器具有良好的可重复使用性和超疏水稳定性，可用于人体运动检测。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种超疏水压阻式压力传感器的制备方法，包括以下步骤：

1)将戊二醛加入羧基化多壁碳纳米管和壳聚糖的醋酸混合液中交联0.5-2h，然后冷冻干燥24-48h得到气凝胶；