[发明专利]一种柔性透气高灵敏度触觉传感器及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种柔性透气高灵敏度触觉传感器及其制备和应用，所述传感器包括介电层和电极，其中所述介电层为MOF/聚合物复合纤维，电极为透气导电材料。本发明的MOF/聚合物复合纤维具有表面微结构，同时能够提高介电层的有效介电常数，进而提高传感器的灵敏度。另外，复合纤维原位构筑的无机部分不仅仅局限于MOFs。

技术领域

本发明属于传感器领域，特别涉及一种柔性透气高灵敏度触觉传感器及其制备和应用。

背景技术

压力传感器是一种能够将压力信号转换为相应的电子信号的装置。到目前为止，随着科学技术的发展，一些传统的机械传感器已经被报道为可以精确地测量各种压力。然而，它们仍然存在一些体积大、质量重等难以满足现代微压力传感器的要求，特别是对于可穿戴电子产品所具备的便携性、灵活性和适应性等特点。柔性压力传感器相比于刚性压力传感器具备许多优点。同时，纤维作为可穿戴设备中最有前途的候选材料之一，但是纤维传感器存在介电常数较低、灵敏度低的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种柔性透气高灵敏度触觉传感器及其制备和应用，本发明的触觉传感器，不仅具有高灵敏度，而且具有灵活、透气性好等特点，可以很好的满足在健康监测、便携式电子设备等方面的应用，具有良好的综合性能。

本发明的一种传感器，所述传感器包括介电层和电极，结构为介电层放在两个电极中间，通过超声波进行连接封装，其中所述介电层为MOF/聚合物复合纤维，电极为透气的导电材料。

所述透气的导电材料为导电布或纳米材料构成的导电网络。

本发明的一种传感器的制备方法，包括：

(1)将聚合物、金属盐或有机配体、有机溶剂混合，得到纺丝溶液，纺丝，得到纤维膜；

(2)将金属盐或有机配体、有机溶剂混合，得到混合溶液，然后将步骤(1)的纤维膜在混合溶液中浸泡，进而在纤维表面原位生长MOF颗粒，得到MOF/聚合物复合纤维；

(3)以MOF/聚合物复合纤维为介电层，透气的导电材料用做电极，得到柔性电容式压力传感器传感器。

上述制备方法的优选方式如下：

所述步骤(1)中聚合物为聚偏二氟乙烯PVDF、聚偏二氟乙烯PVDF衍生物、聚乳酸PLA、聚己内酯PCL、TPU、PAN、PLGA、PEO中的一种或几种；所述纺丝溶液中聚合物的质量浓度为10～20％。

所述步骤(1)、(2)中有机溶剂为六氟异丙醇、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、丙酮、甲醇、水、乙醇中的一种或几种。

所述步骤(1)、(2)中金属盐为为Zn²⁺、Co²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cr³⁺、Zr²⁺、Ti⁴⁺的一种或几种；所述有机配体为二甲基咪挫、咪唑衍生物、对苯二甲酸、均苯三甲酸的一种或几种。步骤(1)、(2)中金属盐、有机配体为制备金属有机框架MOF的原料，根据所得的MOF/聚合物复合纤维中的MOF进行具体选择。

所述步骤(1)中纺丝为静电纺丝、湿法纺丝、干法纺丝、熔融纺丝中的一种或几种。

所述步骤(2)中混合溶液中金属盐或有机配体的质量浓度为10％～30％；所述步骤(2)中纤维膜和混合溶液的质量比为5:1000～20:1000。

所述步骤(2)中MOF/聚合物复合纤维中的MOF为ZIF-8、MOF-5、ZIF-62、ZIF-67、MIL-88、MIL-125、HKUST-1、MOF-74、MOF-808、MFU-4、MFU-4l中的一种或几种。

所述步骤(2)中原位生长时间为1-28h。