CN110006465A - 一种基于面粉材料的柔性电阻式传感器 - Google Patents
一种基于面粉材料的柔性电阻式传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110006465A CN110006465A CN201810597862.5A CN201810597862A CN110006465A CN 110006465 A CN110006465 A CN 110006465A CN 201810597862 A CN201810597862 A CN 201810597862A CN 110006465 A CN110006465 A CN 110006465A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- dough
- flour
- sodium chloride
- flexible
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/16—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying resistance
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
本发明用价格低廉、天然无刺激的面粉中的弹性成分面筋为基底材料(11),再加入氯化钠(12)、导电物质(13),并通过调整不同比例制备成具有一定弹性的导电面团,基于该导电面团制备的耐弯曲和反复拉伸的柔性电阻式传感器,轻量、柔软、舒适度高,可应用于医疗保健、机器人和可穿戴设备等领域。
Description
技术领域:
本发明属于柔性电子器件领域,具体涉及一种柔性电阻式传感器,及其制备方法。
背景技术:
随着智能终端的普及,可穿戴电子设备展现出巨大的市场前景,柔性传感器作为可穿戴 设备的核心部件,将对其未来功能发展产生重要影响。
然而,材料在推进可穿戴电子传感器中扮演了非常关键的作用,如石墨烯、碳纳米管、 金属、无机半导体、柔性导电聚合物等,人们已经利用这些材料设计制造出多种不同用途的 柔性传感器,比如温度检测器、脉搏检测、表情识别、运动检测等。
随着研究的进一步深入以及各学科的广泛交叉,更多柔性、拥有良好电学性能的材料将 被开发出来应用于可穿戴传感器。例如,近日,美国华盛顿大学的工程师们将面巾纸(类似 于厕纸)转化成了一种新型可穿戴传感器,它可以检测脉搏、眨眼和其他类型的人体运动。
未来,可穿戴技术及其材料必定会朝着低成本、易制造、高舒适度的方向发展,而本发 明正是利用纯天然、对人体无伤害的,而且成本低廉的面粉作为原材料制备柔性器件,使其 应用于可穿戴传感器中。
面粉制品作为一种日常食品,由于其独有的化学成分以及丰富的营养得到人们的青睐。 而面粉在制备过程中产生的面筋蛋白质在面团成型后,使其具有良好的延展性、粘弹性和弯 曲性,这些面团特有的性质以及面粉本身的环境友好性为其应用于人体穿戴设备提供了可能 性,本发明中我们采用传统制备面团的方法,通过添加盐、导电粉末增加其导电性,制备了 耐弯曲,可反复拉伸的柔性传感器。这种传感器轻量、柔软、便宜,可应用于医疗保健、娱 乐和机器人等领域。
发明内容:
本发明的目的在于用价格低廉,天然无刺激的面粉作为原材料制备柔性传感器(附图1), 满足人们对轻柔、高舒适度可穿戴设备的需求。
本发明以面粉中弹性成分面筋为基底材料(11),再加入氯化钠(12)、导电物质(13), 并通过调整不同比例制备成有一定弹性的导电面团,基于该导电面团制备的柔性电阻式传感 器,测其在反复拉伸过程、弯折过程电阻变化,观察响应灵敏度。
所述面筋,是一种植物性蛋白质,由麦胶蛋白质和麦谷蛋白质组成。其制备方法是将面 粉加入适量水,少许食盐,充分搅拌形成面团,再用清水将面团中淀粉和其他杂质全部洗掉 而得到的。一般水洗的次数越多,面筋中淀粉夹杂率也越低,蛋白质的成分越高,质量也就 越好,本发明中水洗次数为3-5次。
所述氯化钠,一方面由于氯化钠的化学成分和物理特性,可以增强面分子间的凝聚程度, 使面团更有弹性,不易断裂,持气性强。另一方面,氯化钠溶于水后形成的能自由移动的钠 离子和氯离子能够增加面团导电性。
所述导电物质,主要起导电作用,可以是碳纳米管(CNT),石墨烯,金属粉末。
在导电面团制备过程中,导电粒子和氯化钠的加入均可降低面团的初始电阻,但是过多 的氯化钠反而使电阻上升,此外,在制备过程中,加水量不可过多,以免蛋白质来不及粘结 就分散在水中,给操作带来困难,也影响面筋提取率,因此综合两者的导电性能、对面团性 能的影响以及成本问题,确定导电面团各组分最终配比为:氯化钠∶水∶面粉=1∶(50-100)∶ (100-150)。
用上述导电面团制备的柔性传感器,在保持温度、湿度恒定情况下,测其拉伸前后电阻 变化,经多次测试得出,拉伸前后电阻变化符合如下计算公式:
初始电阻R0,将面团拉伸后,测试拉伸后的实际电阻Rt,根据电阻的计算公式(1)可推导出公式(2),公式(2)可计算出拉伸后的理论电阻Ra,电阻的具体计算公式如下:
R=ρl/S=ρl2/V (1)
本发明以天然、对身体无刺激的面粉中有效成分面筋作为基底材料,通过加入导电物质, 制备得到的柔性电阻传感器随反复拉伸、弯折电阻呈线性变化,响应灵敏,相对于之前报道 的传感器,成本低,制造更容易,舒适度也更高。
附图说明:
附图1:柔性电阻式传感器示意图
附图2:柔性传感器拉伸性能测试
附图3:柔性传感器稳定性能测试
附图4:柔性传感器弯折性测试
具体实施方式:
下面通过具体实例,对本发明做进一步的说明。
1、导电面团的制备:称取1.5mgCNT粉末,溶于120g去离子水中,在超声仪中分散均匀 后,再将1.6g氯化钠溶于分散液中,用玻璃棒搅拌直至氯化钠完全溶解于分散液中;称取200 g面粉,将溶有CNT粉末和氯化钠的分散液批次加入面粉并搅拌,直至面团成行;将面团用 保鲜膜包裹放置30-60min后,再将面团置于空隙致密的孔罗,筛或粗布中淋水,揉洗时,淀 粉随水流走,留在罗里或布内的黏在一起的蛋白质即为面筋,这样制备的导电面团表面光滑, 弹性足,韧性好。
2、柔性电阻传感器的制备:根据实际需要将导电面团裁剪成某一固定形状,如长方体、 正方体、圆柱体等,本实施例选择如下尺寸的长方体结构:长×宽×高=8-10cm×1cm×3mm, 在长方体两端连接导线,见附图1(14),制成柔性电阻传感器。
3、拉伸性能测试:首先测得柔性电阻传感器的原始电阻,再将其依次拉伸5%、10%、15%、 20%后测电阻,为保证实验结果稳定性,整个拉伸和测试过程是在恒定温度和湿度下进行。 用Keithley2400记录数据,如附图2A所示,其原始电阻为92kΩ,在12s开始拉伸总长的5%, 维持10s左右,电阻增加至100kΩ,并维持电阻稳定,之后继续拉伸。由附图2A可知,柔 性电阻传感器在每次拉伸后,电阻值迅速升,并能在一定时间内保持稳定。将拉伸过程中传 感器的电阻变化绘制曲线,如附图2B所示,该曲线与由公式(2)计算出的理论数据基本吻 合,说明其电阻随拉伸呈线性变化,响应及时灵敏。
此外,为验证该柔性传感器稳定性,将其反复拉伸10%,每天反复拉伸10次以上,取 电阻变化平均值,连续拉伸7天,获得数据如附图3所示,电阻变化始终维持在17%左右,说明该柔性电阻传感器在长期反复使用中有较好的拉伸-收缩性能,稳定性强,可重复性高。
4、弯曲性能测试:在恒定的温度和湿度下,改变电阻传感器弯曲角度,用Keithley2400 数字源表记录电阻变化,详细结果见附图4。由图可知,传感器电阻随弯曲呈线性变化,而 且经进一步测试,对其反复弯折处理,电阻变化几乎一致,说明该柔性电阻传感器耐弯折性 能好。
Claims (3)
1.一种基于面粉材料的柔性电阻式传感器,其特征在于,以面粉中弹性成分面筋为基底材料,还包括水,氯化钠和导电物质,通过调整不同比例制备而成。
2.根据权利要求1所述的面筋,其特征在于:由面粉加入水,氯化钠充分搅拌面团,再用清水将其中淀粉洗掉而制成,其中,三者比例为(质量比):氯化钠∶水∶面粉=1∶(50-100)∶(100-150),水洗次数为3-5次。
3.根据权利要求1所述的导电物质,其特征在于,可以是碳纳米管(CNT),石墨烯,金属粉末。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810597862.5A CN110006465A (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 一种基于面粉材料的柔性电阻式传感器 |
CN202210154475.0A CN114674347A (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 一种基于面粉材料的柔性电阻式传感器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810597862.5A CN110006465A (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 一种基于面粉材料的柔性电阻式传感器 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210154475.0A Division CN114674347A (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 一种基于面粉材料的柔性电阻式传感器及其制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110006465A true CN110006465A (zh) | 2019-07-12 |
Family
ID=67164741
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210154475.0A Pending CN114674347A (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 一种基于面粉材料的柔性电阻式传感器及其制备方法 |
CN201810597862.5A Pending CN110006465A (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 一种基于面粉材料的柔性电阻式传感器 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210154475.0A Pending CN114674347A (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 一种基于面粉材料的柔性电阻式传感器及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (2) | CN114674347A (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111333921A (zh) * | 2020-03-19 | 2020-06-26 | 广州大学 | 一种淀粉基柔性导电材料及其制备和应用 |
CN112074024A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-12-11 | 南方科技大学 | 一种柔性电子器件及3d打印制备方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101849603A (zh) * | 2009-03-31 | 2010-10-06 | 重庆市永川区永双科技有限公司 | 一种湿面筋的加工方法 |
CN105268198A (zh) * | 2014-07-25 | 2016-01-27 | 王桂星 | 一种增强儿童玩具用橡皮泥导电性的方法 |
CN105602122A (zh) * | 2016-01-28 | 2016-05-25 | 深圳市慧瑞电子材料有限公司 | 一种用于柔性传感器的导电橡胶材料及其制备方法和应用 |
US20170003238A1 (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | GM Global Technology Operations LLC | Multiple non-conductive polymer substrates and conductive coatings and methods for detecting voc |
CN106548827A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-03-29 | 浙江工贸职业技术学院 | 用于固定扫描电子显微镜样品的导电橡皮泥的加工方法 |
-
2018
- 2018-05-31 CN CN202210154475.0A patent/CN114674347A/zh active Pending
- 2018-05-31 CN CN201810597862.5A patent/CN110006465A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101849603A (zh) * | 2009-03-31 | 2010-10-06 | 重庆市永川区永双科技有限公司 | 一种湿面筋的加工方法 |
CN105268198A (zh) * | 2014-07-25 | 2016-01-27 | 王桂星 | 一种增强儿童玩具用橡皮泥导电性的方法 |
US20170003238A1 (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | GM Global Technology Operations LLC | Multiple non-conductive polymer substrates and conductive coatings and methods for detecting voc |
CN105602122A (zh) * | 2016-01-28 | 2016-05-25 | 深圳市慧瑞电子材料有限公司 | 一种用于柔性传感器的导电橡胶材料及其制备方法和应用 |
CN106548827A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-03-29 | 浙江工贸职业技术学院 | 用于固定扫描电子显微镜样品的导电橡皮泥的加工方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
中国国防科技信息中心: "《军用电子元器件领域科技发展报告》", 30 April 2017, 国防工业出版社 * |
梁铁成 等: "利用橡皮泥制作起伏地表物理模型进行直流电法实验", 《实验技术与管理》 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111333921A (zh) * | 2020-03-19 | 2020-06-26 | 广州大学 | 一种淀粉基柔性导电材料及其制备和应用 |
CN111333921B (zh) * | 2020-03-19 | 2022-03-18 | 广州大学 | 一种淀粉基柔性导电材料及其制备和应用 |
CN112074024A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-12-11 | 南方科技大学 | 一种柔性电子器件及3d打印制备方法 |
CN112074024B (zh) * | 2020-08-27 | 2023-08-08 | 南方科技大学 | 一种柔性电子器件及3d打印制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114674347A (zh) | 2022-06-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Huang et al. | Three-dimensional light-weight piezoresistive sensors based on conductive polyurethane sponges coated with hybrid CNT/CB nanoparticles | |
Li et al. | Flexible, multi-functional sensor based on all-carbon sensing medium with low coupling for ultrahigh-performance strain, temperature and humidity sensing | |
Wang et al. | Bio-based hydrogel transducer for measuring human motion with stable adhesion and ultrahigh toughness | |
Yu et al. | Highly stretchable, transparent and conductive double-network ionic hydrogels for strain and pressure sensors with ultrahigh sensitivity | |
Chen et al. | Highly stretchable fiber-shaped e-textiles for strain/pressure sensing, full-range human motions detection, health monitoring, and 2D force mapping | |
Ouyang et al. | Novel ultrasonic-coating technology to design robust, highly sensitive and wearable textile sensors with conductive nanocelluloses | |
CN108151949A (zh) | 一种柔性电子压力传感装置及其制备方法 | |
Jiang et al. | Stretchable strain and temperature sensor based on fibrous polyurethane film saturated with ionic liquid | |
CN105548318A (zh) | 一种可穿戴电化学传感器电极及可穿戴电化学传感器 | |
Zhou et al. | Self-repairing flexible strain sensors based on nanocomposite hydrogels for whole-body monitoring | |
CN105887490A (zh) | 一种用于柔性织物传感器制备的导电浆料及制备方法 | |
CN110006465A (zh) | 一种基于面粉材料的柔性电阻式传感器 | |
CN111118889A (zh) | 一种多功能柔性传感纤维膜及其制备方法和应用 | |
CN106539172A (zh) | 一种用于测量人体尺寸的智能服装 | |
CN107462343A (zh) | 一种全打印柔性传感器及其制备工艺 | |
CN110184672A (zh) | 用于应变传感器的碳纳米管/聚二甲基硅氧烷纤维及其制备方法 | |
Yu et al. | Multilayer Perceptron Algorithm-Assisted Flexible Piezoresistive PDMS/Chitosan/cMWCNT Sponge Pressure Sensor for Sedentary Healthcare Monitoring | |
CN113340481A (zh) | 一种压力传感器及其制备方法 | |
Zheng et al. | Chemically modified silk fibroin hydrogel for environment-stable electronic skin | |
CN110057476A (zh) | 一种多信号响应柔性电子皮肤及其制备方法 | |
Abodurexiti et al. | Self-healing, anti-freezing hydrogels and its application in diversified skin-like electronic sensors | |
Zhan et al. | Ultra-highly sensitive and self-healing flexible strain sensor with a wide measuring range based on a bilayer structure | |
CN212662611U (zh) | 一种智能语音交互健身服装 | |
Dai et al. | Washable stability and sensitive piezoresistive sponge sensor | |
Xue et al. | A high-toughness, tailorable, wearable multifunctional sensor based on multisynergistic fabric-hydrogel constructed via dual-function boric acid bridge |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190712 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |