CN108382008A - 一种可用于机械力传感检测的皮革 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可用于机械力传感检测的皮革,包括第一皮革本体和导电材料,所述第一皮革本体与所述导电材料混合。该皮革制备方法简单,生产成本低廉,过程设备简单且与传统皮革加工工艺相匹配的方法,可以用来检测环境中机械力的变化。该皮革可被应用于柔性电子领域,如:压力传感、柔性机器人、可穿戴设备等。
Description
技术领域
本发明涉及一种可用于机械力传感检测的皮革。
背景技术
皮革是动物皮经过一系列物理与化学的处理所得到的一种天然的材料。皮革的起源可以追溯到远古时期,制革是一个古老而传统的产业。在科技日益发展的今天,我们总可以看到皮革及其制品的踪影。随着科技的发展,高科技化和高附加值的皮革是皮革行业发展的一个重要方向。进一步探索皮革的潜在性能,发展多功能化、智能化的皮革对于这一传统行业的发展具有重大的意义。传统皮革行业着重于研究和改善在皮革加工中涉及到的化学原料以及工艺的处理。同时,皮革这一天然高分子材料在电学性能方面的研究也已逐步开展,通过研究和改变皮革的电学性能,可以使皮革材料具有更加多样化的功能,如:抗静电皮革,电磁屏蔽皮革等。研究较为广泛的是通过在皮革表层修饰或涂饰功能性的材料,来改善皮革表面的导电性能。这些研究虽然一定程度上拓展了皮革的应用领域,但是没有跳出皮革本来的研究范围。因此发展和拓展皮革在其他的研究领域,如柔性电子领域等方向的应用,对于提高和真正开拓皮革的多功能化、智能化,增加皮革产品的附加值具有重要意义。
同时在压力传感器研究领域,目前的基底材料多集中于高分子材料。用于制备可穿戴电子设备时,这样的基底材料不利于长期的、舒适的穿戴。因此开发一种利于长期舒适的、可穿戴的、柔性的压力传感器,对于其在柔性电子领域的应用具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可用于机械力传感检测的皮革,解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
本发明提供一种可用于机械力传感检测的皮革,包括第一皮革本体和导电材料,所述第一皮革本体与所述导电材料混合。
在一些实施方式中,第一皮革本体为蓝湿皮、天然革、合成革或人造革中的一种。
一种可用于机械力传感检测的皮革,包括第二皮革和第三皮革,所述第二皮革包括第二皮革本体和导电材料,所述第二皮革本体与所述导电材料混合,所述第三皮革包括第三皮革本体和叉指电极,所述叉指电极设于所述第三皮革本体的表面,所述第二皮革和所述第三皮革相结合。
在一些实施方式中,第二皮革本体为蓝湿皮、天然革、合成革或人造革中的一种,所述第三皮革本体为蓝湿皮、天然革、合成革或人造革中的一种。
在一些实施方式中,导电材料为碳基材料、金属纳米材料、非金属纳米材料、导电聚合物、导电墨水的一种或多种。
在一些实施方式中,碳基材料包括碳纳米管及其衍生物、石墨烯及其衍生物,金属纳米材料包括金纳米线、银纳米线、铜纳米线、纳米金,非金属纳米材料包括硅纳米线,导电聚合物包括聚吡咯及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物。
其中,碳基材料、金属纳米材料、非金属纳米材料、导电聚合物等导电材料,都是采用成熟的现有技术合成或者商业购买。
具体的,碳基材料为碳纳米管及其衍生物、石墨烯及其衍生物等,如酸化碳纳米管和氧化石墨烯;金属纳米材料为金纳米线、银纳米线、铜纳米线或纳米金等零维、一维以及二维的纳米材料;非金属纳米材料为硅纳米线、有机半导体纳米线等;导电聚合物为聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等及其衍生物,导电墨水为市售的导电墨水。
优选的,导电材料为碳纳米管及其衍生物、金属纳米线、石墨烯及其衍生物。
在一些实施方式中,导电材料为碳纳米管衍生物或石墨烯衍生物,优选为酸化碳纳米管、氧化石墨烯;或者导电材料是导电聚合物,如聚吡咯及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物。其中,导电聚合物在混合过程中在皮革上直接原位合成。比如,聚吡咯的合成方式为,将单体吡咯的溶液倒在皮革上,待皮革完全浸没后,加入三氯化铁水溶液,在冰水浴中反应完全后,进行抽滤并冲洗干净,得到在皮革上直接原位聚合的聚吡咯。
由于皮革本体具有的官能团羧基、氨基、羟基、巯基、双硫键等,上述的导电材料,碳纳米管衍生物、石墨烯衍生物或者原位合成的导电聚合物,可以通过化学键或者氢键等的分子间相互作用力与皮革本体结合在一起,或者通过静电吸附与皮革本体结合在一起,以增强导电材料与皮革本体的结合,解决由于导电材料脱落导致功能化丧失的问题。
在一些实施方式中,混合的方法为机械搅拌、抽滤、涂覆、喷涂、打印或转鼓混合中的一种。
具体的,比如抽滤:将皮革本体裁剪至砂芯漏斗直径大小相匹配,置于砂芯漏斗上,用循环水泵对导电材料配制的溶液抽滤,通过控制抽滤的次数,即控制每块皮革上面导电材料的质量,最后通过清洗、烘干。
其中,转鼓混合方式与传统皮革加工工艺相适应,大大降低了生产成本,同时提高了生产效率。
一种可用于机械力传感检测的皮革可用于柔性电子领域。
柔性电子领域的应用比如:压力传感器、柔性机器人、假肢、可穿戴电子设备等。
一种可用于机械力传感检测的皮革用于检测外界施加机械力的变化。
在施加不同的机械力或者不同大小的力时,皮革对其有不同的响应。
机械力包括压力、弯曲力、摩擦力等。
其中,当施加在可用于机械力传感检测的皮革的机械力为压力时,在固定电压下,当施加的压力逐渐增大时,该皮革的电流也会逐渐增大。
当施加在可用于机械力传感检测的皮革的机械力为弯曲力时,固定电压下,电流的峰形会发生变化,即电流的响应时间不同。
本发明的有益效果:
本发明实施例的一种可以检测力的变化的皮革制备方法简单,生产成本低廉,过程设备简单且与传统皮革加工工艺相匹配的方法,可以用来检测环境中机械力的变化。该皮革可被应用于柔性电子领域,如:压力传感、柔性机器人、可穿戴设备等。
附图说明
图1为实验例2二层牛皮用酸化单壁碳纳米管处理前的状态;
图2为实验例2二层牛皮用酸化单壁碳纳米管处理后的状态;
图3为实验例3可用于机械力传感检测的皮革的图片;
图4为实施例2可用于机械力传感检测的皮革对于压力的电流响应图
图5为实施例3可用于机械力传感检测的皮革对压力的电流响应图;
图6为实施例3可用于机械力传感检测的皮革对弯曲力的电流响应图;
图7为实验例3可用于机械力传感检测的皮革对不同压力大小的电流响应图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例只是用于更加清楚地说明本发明的性能,而不能仅局限于下面的实施例。
实施例1:
剪取与砂芯漏斗直径大小相匹配的二层牛皮,用循环水泵进行抽滤。取2.5mL商业购买的浓度为10mg/mL的银纳米线水溶液,倒入砂芯漏斗,抽滤。完成后,用去离子水冲洗,揉搓,去掉没有与皮革结合的银纳米线。最后置于60℃的烘箱干燥,得到可用于机械力传感检测的导电皮革A。
实施例2:
剪取与砂芯漏斗直径大小相匹配的二层牛皮,如图1所示,用循环水泵进行抽滤。取10mL实验室制备的浓度为0.5mg/mL的酸化碳纳米管与10mL去离子水混合,倒入砂芯漏斗,抽滤。抽滤完成后,用去离子水冲洗,揉搓,去掉没有与皮革结合的酸化碳纳米管,最后置于60℃的烘箱干燥,如图2所示,得到可用于机械力传感检测的导电皮革B。
实施例3:
剪取与砂芯漏斗直径大小相匹配的二层牛皮,用循环水泵进行抽滤。取10mL实验室制备的浓度为0.5mg/mL的酸化碳纳米管与10mL去离子水混合,倒入砂芯漏斗,抽滤。抽滤完成后,用去离子水冲洗,揉搓,去掉没有与皮革结合的酸化碳纳米管,最后置于60℃的烘箱干燥,得到导电皮革备用。
取上述制备的导电皮革与表面带有叉指电极的皮革,通过缝纫的方法相结合,如图3所示,即可用于机械力传感检测的导电皮革C。
性能测试:
取实施例2中制备的导电皮革B和实施例3制备的导电皮革C,利用数字源表对其性能进行表征,其中机械力为压力。
如图4所示,导电皮革B对于压力的刺激有电流响应,可以检测外界施加压力的变化。
如图5所示,导电皮革C对于压力的刺激有电流响应,且电流信号更强,对外界施加压力变化的感应更敏感。
取实施例3制备的导电皮革C,利用数字源表对其性能进行表征,其中机械力为弯曲力。
如图6所示,电皮革C对于压力的刺激的电流响应时间不同。
取实施例3制备的导电皮革C。
利用数字源表对其性能进行表征,将其接入电路中,在恒定的3V电压下,测试它对压力大小分别为200Pa、400Pa、1kPa、2kPa、4kPa、10kPa时的电流响应,即可得到该皮革对于外界压力大小的响应曲线,
如图7所示,该皮革对于不同外界压力的刺激,响应的电流大小不同。随着外界压力的增大,响应的电流也随之增大。
本发明提供的实施方案提供了一种可以检测力的变化的皮革,该皮革制备方法简单,生产成本低廉,过程设备简单且与传统皮革加工工艺相匹配的方法,可以用来检测环境中力的变化。该皮革可被应用于柔性电子领域,如:压力传感、柔性机器人、可穿戴设备等。
以上表述仅为本发明的优选方式,应当指出,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些也应视为本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可用于机械力传感检测的皮革,其特征在于,包括第一皮革本体和导电材料,所述第一皮革本体与所述导电材料混合。
2.根据权利要求1所述的一种可用于机械力传感检测的皮革,其特征在于,所述第一皮革本体为蓝湿皮、天然革、合成革或人造革中的一种。
3.一种可用于机械力传感检测的皮革,其特征在于,包括第二皮革和第三皮革,所述第二皮革包括第二皮革本体和导电材料,所述第二皮革本体与所述导电材料混合,所述第三皮革包括第三皮革本体和叉指电极,所述叉指电极设于所述第三皮革本体的表面,所述第二皮革和所述第三皮革通过粘合或缝纫固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种可用于机械力传感检测的皮革,其特征在于,所述第二皮革本体为蓝湿皮、天然革、合成革或人造革中的一种,所述第三皮革本体为蓝湿皮、天然革、合成革或人造革中的一种。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种可用于机械力传感检测的皮革,其特征在于,所述导电材料为碳基材料、金属纳米材料、非金属纳米材料、导电聚合物、导电墨水的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的一种可用于机械力传感检测的皮革,其特征在于,所述碳基材料包括碳纳米管及其衍生物、石墨烯及其衍生物,所述金属纳米材料包括金纳米线、银纳米线、铜纳米线、纳米金,所述非金属纳米材料包括硅纳米线,所述导电聚合物包括聚吡咯及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物。
7.根据权利要求6所述的一种可用于机械力传感检测的皮革,其特征在于,所述导电材料为碳纳米管衍生物、石墨烯衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物。
8.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种可用于机械力传感检测的皮革,其特征在于,所述混合的方法为机械搅拌、抽滤、涂覆、喷涂、打印或转鼓混合中的一种。
9.根据权利要求书1至8中任一权利要求所述的一种可用于机械力传感检测的皮革可用于柔性电子领域。
10.根据权利要求书1至8中任一权利要求所述的一种可用于机械力传感检测的皮革用于检测外界施加机械力的变化。
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CN201810142018.3A Pending CN108382008A (zh) | 2018-02-11 | 2018-02-11 | 一种可用于机械力传感检测的皮革 |
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CN (1) | CN108382008A (zh) |
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2018
- 2018-02-11 CN CN201810142018.3A patent/CN108382008A/zh active Pending
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