[发明专利]一种超薄可呼吸完全解耦的柔性压力-温度双模式传感器

说明书

本发明提供了一种超薄可呼吸完全解耦的柔性压力‑温度双模式传感器，所述传感器包括七层结构，上下两层均为TPU纤维封装层，中间结构从上到下依次为热敏感层、PEDOT:PSS叉指电极、IL/TPU电解质、IL/TPU纤维膜、以及PEDOT:PSS/Co₃O₄叉指电极。本发明的双模式传感器信号无干扰，温度与压力传感器灵敏度高，透气性好，疏水性好，可以防汗；本发明制备工艺简单，可操作性强。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，尤其是涉及一种超薄可呼吸完全解耦的柔性压力-温度双模式传感器。

背景技术

具有高灵敏温度与触觉感知功能的柔性传感器是可穿戴设备能与外界环境或人体交流的关键部件。为了使传感器具有压力-温度双模式感知功能，很多研究学者从材料制备与选择方面进行了大量研究。但是大多数已报道的双模式的柔性传感器大多数基于一种响应(电阻变化、电容变化、电压变化等)，这就使传感器出现信号串扰问题，并且对后续信号分析电路与系统提出了更严格的要求，极大的限制了它们在温度和压力实时监测中的应用。并且现有的压力-温度双模式柔性传感器厚度过大，透气性差，不要具有防汗与防水的能力，降低了传感器与皮肤的贴敷能力与佩戴的舒适性。

为了解决以上问题我们从结构设计、材料选择与工艺制备三个方面入手制备出了一种超薄可呼吸完全解耦的柔性压力-温度双模式传感器。该传感器的结构是将独立的基于超级电容原理的压力传感器与基于电阻原理的温度传感器从上到下集成到一起。该传感器的热敏材料使用的是具有良好热导能力的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)与石墨烯；压敏材料使用的是含有丰富阴阳离子、高稳定性的离子液体。该传感器的制备工艺是使用可以保证传感器具有大量微孔与微流道的静电纺丝工艺与可以精确控制敏感层与电极层厚度的3D打印技术。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种超薄可呼吸完全解耦的柔性压力-温度双模式传感器。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种超薄可呼吸完全解耦的柔性压力-温度双模式传感器，所述传感器包括七层结构，上下两层均为TPU纤维封装层，中间结构从上到下依次为热敏感层、PEDOT:PSS叉指电极、IL/TPU电解质层、IL/TPU纤维膜、以及PEDOT:PSS/Co₃O₄叉指电极。

进一步的，所述热敏感层含有温度敏感材料PEDOT:PSS，并且在具有热敏感的PEDOT:PSS溶液中加入具有微纳片层结构的石墨烯与PVA。

进一步的，所述PEDOT:PSS/Co₃O₄叉指电极中的Co₃O₄为叉指电极内部与表面引入了微孔与微球结构。

进一步的，所述IL/TPU电解质层是将离子液体与TPU混合后通过静电纺丝工艺获得。

进一步的，所述TPU纤维封装层是将TPU溶液使用静电纺丝工艺获得。

本发明还提供一种超薄可呼吸完全解耦的柔性压力-温度双模式传感器的制备方法，包括以下步骤

步骤1：制备TPU纤维封装层；

DMSO、DMF和THF按照重量为1:4.5:4.5加入烧杯中后混合，然后将TPU颗粒按照17wt.％的比例加入到上述混合溶液中，然后放于60-70℃的磁力搅拌器水浴锅中搅拌2-3小时，直至所有TPU颗粒完全溶解，然后使用安装有19g针头的5ml或10ml的注射器将溶液吸入其中，并安装于静电纺丝设备上，并将参数设置为15-27KV电压，0.1ml/min的速度,纺丝1-2小时后获得TPU纤维封装层；

步骤2：制备IL/TPU电解质层；