[发明专利]一种基于纸基的柔性压力传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种基于纸基的柔性压力传感器及其制备方法和应用。该柔性压力传感器的制备方法包括如步骤：(1)将银纳米线分散到乙醇中，得到AgNWs分散液；将纳米微晶纤维素分散到水中，得到CNC分散液；然后将AgNWs分散液和CNC分散液混合均匀，得到AgNWs与CNC的混合液；(2)以纸基为衬底，采用真空抽滤的方式依次在纸基上面沉积壳聚糖溶液以及AgNWs与CNC的混合液，干燥，得到所述基于纸基的柔性压力传感器。本发明制得的柔性压力传感器具有银纳米线附着性强、灵敏度高、稳定性好、导电性高等优势，可应用于传感材料、仿生机器人及医疗实时监测设备中。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，特别涉及一种基于纸基的柔性压力传感器及其制备方法和应用。

背景技术

随着柔性压力传感器的发展，为满足人们日常生活的需要，可顺利完成人机交互、对人体活动进行实时检测、并无排斥反应的可穿戴电子设备应运而生。可穿戴电子设备可实现与人体皮肤直接接触，从而达到对人体脉搏、心率、肢体运动以及所处环境状态的实时监测，并将物理刺激信号进行处理转换为电信号，将该电信号通过放大电路进一步放大后促使相应的电子元件做出反应，最终实现信号输出，达到传感检测的目的。

柔性传感器一般由柔性衬底(或称基材)和导电层两部分组成，其中柔性衬底可以使电子器件与皮肤间的接触更加紧密，增强传感器的稳定性。一般而言，用作柔性衬底的材料主要包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(PU)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、纸张等；而导电层材料主要是金属纳米线，如银纳米线(AgNWs)、金纳米线和铜纳米线，以及碳纳米管(CNT)、石墨烯(GO)、导电聚合物等。在各类导电材料中，银纳米线由于具有突出的机械灵活性和优异的光电性能，因此被认为是柔性电子器件中最具有发展潜力的导电材料。纸基凭借其柔性、质轻、可生物降解性、生物相容性、低成本、来源广泛、可循环再生、易于回收处理等优势，近年来正被广泛应用于柔性传感器基材中。如专利CN110146556A公布了一种基于纸基的柔性湿度传感器及制备方法。

然而，单纯的AgNWs由于附着能力弱，易从沉积的衬底上分离出来，因而严重影响传感器的稳定性。基于此，开发出AgNWs附着能力强、导电性高、稳定性好且具一定抗氧化能力的柔性压力传感器，对进一步促进纸基可穿戴电子设备的高质量发展具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于纸基的柔性压力传感器的制备方法。

本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的基于纸基的柔性压力传感器。

本发明的再一目的在于提供所述基于纸基的柔性压力传感器的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于纸基的柔性压力传感器的制备方法，包括如步骤：

(1)将银纳米线(AgNWs)分散到乙醇中，得到AgNWs分散液；将纳米微晶纤维素(CNC)分散到水中，得到CNC分散液；然后将AgNWs分散液和CNC分散液混合均匀，得到AgNWs与CNC的混合液；

(2)以纸基为衬底，采用真空抽滤的方式依次在纸基上面沉积壳聚糖溶液以及AgNWs与CNC的混合液，干燥，得到所述基于纸基的柔性压力传感器。

步骤(1)中所述的银纳米线(AgNWs)优选为通过如下方法制备得到：将聚乙烯吡咯烷铜(PVP)加入到乙二醇(EG)中，加热搅拌均匀，后冷却至室温，得到PVP溶液；然后将硝酸银(AgNO₃)加入到PVP溶液中，快速搅拌至形成透明、均一的液体，再加入含有FeCl₃的乙二醇溶液，搅拌混合均匀后在125～140℃条件下进行反应，待反应结束后冷却至室温，离心，洗涤，得到银纳米线(AgNWs)。