[发明专利]基于导电纤维网络的柔性器件结构及其制备方法与应用

说明书

本发明提供基于导电纤维网络的柔性器件结构及其制备方法与应用，该柔性器件结构包括：导电纤维网络和封装所述导电纤维网络的弹性体材料；导电纤维网络中相邻的导电纤维之间相互连接、内部连通，从一根导电纤维的内部到达另外一根导电纤维的内部存在多条通路，且所有导电纤维沿轴向具有多个细管状的贯通性空腔从而使得横截面均为多孔隙结构，导电纤维被弹性体材料包裹。本发明提供的柔性器件结构解决了现有基于导电纤维网络的柔性器件功能单一、集多功能于一身困难的问题，可实现吸波、温度传感、应变传感、压力传感等多种功能并能集多种上述功能于一身，可用于人体运动监测、生命体征监测、姿态矫正、智能感知、电磁屏蔽等场景。

技术领域

本发明涉及柔性器件技术领域，尤其涉及基于导电纤维网络的柔性器件结构及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，柔性器件发展快速，在医疗健康监护、人机交互、智能传感系统等领域得到了广泛应用，已经成为下一代电子产品的重点布局之一。基于导电网络的柔性器件作为柔性器件领域的一个重要分支，因导电网络的灵活多样性而备受关注，近些年取得了若干重要进展。然而，调研发现目前基于导电网络的柔性器件忽视了导电网络的骨架内部精细结构对于器件功能拓展与性能提升上的贡献，这使得目前基于导电网络的柔性器件的功能单一(譬如只有压力传感功能，或只有应变传感功能)，需要将多个单一功能的基于导电网络的分立柔性器件单元进行集成才能实现多功能柔性器件功能，显然会对柔性器件的多功能化、小型化、轻量化带来不小的挑战。为解决现有技术中基于导电纤维网络的柔性器件功能单一、集多功能于一身困难的问题，目前亟需提供一种新的柔性器件结构及制备方法。

发明内容

本发明提供基于导电纤维网络的柔性器件结构及其制备方法与应用。本发明提供的柔性器件结构解决了现有基于导电纤维网络的柔性器件功能单一、集多功能于一身困难的问题。

本发明提供一种基于导电纤维网络的柔性器件结构，至少包括：导电纤维网络和封装所述导电纤维网络的弹性体材料；所述导电纤维网络中导电纤维之间相互连接、内部连通，从一根导电纤维的内部到达另外一根导电纤维的内部存在多条通路，且所述导电纤维的横截面为多孔隙结构，所述导电纤维被所述弹性体材料包裹。本发明中，内部具有多孔隙结构的导电纤维，在外部多种激励(包括温度、拉力、压力等)下都可发生形变，此时不仅易于断裂产生裂缝，同时因受到内部多孔隙结构的支撑或牵引导电纤维不易完全崩塌，因此可实现高灵敏度、高稳定性的多功能电学传感。同时导电纤维网络内部存在多条导电通路，保证在大的外部激励及形变下电学传感功能不易失效，因此可使得多功能电学传感具有较大的感测范围。而且导电纤维内部的多孔隙结构还让纤维内部拥有了极大的比表面积，纤维内部也可以承载大量功能材料尤其是吸波功能材料，同时还可使得电磁波可在其上面发生多次反射，增加电磁波的损耗，本发明提供的导电纤维网络还可将优异的电磁屏蔽功能引入到多功能电学传感中。

根据本发明，所述柔性器件结构简单，依赖所述导电纤维网络可实现吸波、温度传感、应变传感、压力传感等多种柔性器件功能，还可集多种上述功能于一身；可直接贴于皮肤或附着在衣物或其它可穿戴配件上用于人体运动监测、生命体征监测、姿态矫正、电磁屏蔽等场景。

根据本发明提供的所述的基于导电纤维网络的柔性器件结构，所述导电纤维网络的结构为微血管状、蜂窝状、类蜂窝状、渔网状或棋盘状；所述导电纤维之间有空隙，所述空隙被所述弹性体材料完全填充；所述导电纤维的内部沿轴向具有多个(两个及两个以上)细管状的贯通性空腔，所述导电纤维的内部包括所述导电纤维相互连接的部位的内部。根据本发明，所有导电纤维沿轴向具有多个细管状的贯通性空腔从而使得横截面均为多孔隙结构；且各导电纤维被所述弹性体材料完全包裹，即导电纤维完全被弹性体材料包裹住，导电纤维不外露。

根据本发明提供的所述的基于导电纤维网络的柔性器件结构，所述导电纤维网络的材料选自导电碳材料、导电二维材料、金属、导电聚合物以及由它们组成的导电复合材料中的一种或多种，优选为导电碳材料；所述导电聚合物选自聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚对苯、聚对苯撑乙烯、聚芳香撑乙烯的一种或多种。