CN114184307A - 一种微结构柔性压力传感器及其制备方法 - Google Patents
一种微结构柔性压力传感器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114184307A CN114184307A CN202111539750.2A CN202111539750A CN114184307A CN 114184307 A CN114184307 A CN 114184307A CN 202111539750 A CN202111539750 A CN 202111539750A CN 114184307 A CN114184307 A CN 114184307A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fiber cloth
- conductive material
- pressure sensor
- nano
- cloth substrate
- 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
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 81
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 62
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 50
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 24
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 17
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 claims description 7
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 5
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 238000002715 modification method Methods 0.000 claims description 4
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 4
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 claims description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims description 3
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 67
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000012858 packaging process Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/168—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/182—Graphene
- C01B32/194—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D13/00—Electrophoretic coating characterised by the process
- C25D13/02—Electrophoretic coating characterised by the process with inorganic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D13/00—Electrophoretic coating characterised by the process
- C25D13/12—Electrophoretic coating characterised by the process characterised by the article coated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D13/00—Electrophoretic coating characterised by the process
- C25D13/22—Servicing or operating apparatus or multistep processes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种微结构柔性压力传感器及其制备方法,所述柔性压力传感器包括叠层设置的两个以上的压力传感层,所述压力传感层为包括纤维布基体以及沉积在所述纤维布基体表面的纳米导电材料;所述制备方法包括以下步骤:配制纳米导电材料分散液;将所述纤维布基体浸入所述纳米导电材料分散液中,通过电沉积工艺使所述纳米导电材料沉积在所述纤维布基体表面;对进行电沉积后的所述纤维布基体干燥处理,制备获得压力传感层;将两个以上的所述压力传感层叠层封装并引出电极,制备获得所述微结构柔性压力传感器。本发明提供的微结构柔性压力传感器,采用叠层设置的两个以上压力传感层,提升了微结构压力传感器的灵敏度并具有更宽的线性范围。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域,尤其涉及一种微结构柔性压力传感器及其制备方法。
背景技术
压力传感器作为现代工业制造的基础器件之一,它可以将外部环境中压力产生的刺激信号转换为可以收集的电信号。在人们的生产实践活动中可以利用压力传感器作为一种反馈装置监测各种行为,因此其广泛应用于各种领域,包括航天工程、交通运输、石油管道、海洋科考、机器检测、国防安全等多种行业。近十几年来,随着新材料、新技术、新设备等在压力传感器领域的大量应用,压力传感器的研究也逐渐向更加便捷、弯折度好、多应用场景、复杂使用条件等方向深入及展开。其中柔性压力传感器的最新进展使其在电子皮肤、人机交互、人工智能、机器人学习、智能穿戴、健康监测等领域有着广阔的使用前景。
传统的单一微结构的压力传感器,其性能往往不能满足人们的需求。它们往往在某一方面表现出比较良好的性质,例如微半圆柱结构其具有良好的灵敏度,但是又会损失一定的线性范围;又例如微金字塔结构其具有很好的线性范围,但是又会损失一定的灵敏度。
传统的单一微结构的压力传感器,无法兼具高灵敏度与宽线性范围,因此制备出兼具高灵敏度与宽线性范围的压力传感器是需要解决的问题。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足,本发明提供了一种微结构柔性压力传感器,以解决现有的微结构压力传感器无法兼具高灵敏度与宽线性范围的问题。
为了解决以上问题,本发明提供了一种微结构柔性压力传感器,所述柔性压力传感器包括叠层设置的两个以上的压力传感层,所述压力传感层为包括纤维布基体以及沉积在所述纤维布基体表面的纳米导电材料。
优选地,所述纤维布基体的厚度为400μm~600μm。
优选地,所述纤维布基体为聚酰亚胺纤维布或碳布,所述纳米导电材料为碳纳米管或石墨烯或金属纳米颗粒。
优选地,所述纳米导电材料为采用混合强酸溶液改性的碳纳米管或石墨烯。
本发明还提供了一种如上所述的微结构柔性压力传感器的制备方法,包括以下步骤:
S10、配制纳米导电材料分散液;
S20、将所述纤维布基体浸入所述纳米导电材料分散液中,通过电沉积工艺使所述纳米导电材料沉积在所述纤维布基体表面;
S30、对进行电沉积后的所述纤维布基体干燥处理,制备获得压力传感层;
S40、将两个以上的所述压力传感层叠层封装并引出电极,制备获得所述微结构柔性压力传感器。
优选地,所述步骤S10包括:将纳米导电材料溶解于无水乙醇中,然后进行超声处理,获得所述纳米导电材料分散液。
优选地,所述步骤S10中,纳米导电材料与无水乙醇的质量比为3~10:10000。
优选地,所述步骤S20中,将所述纤维布基体黏附于导电板上,通过电泳工艺使所述纳米导电材料沉积在所述纤维布基体表面;所述电泳工艺的电压为5V~30V,时间为0.5h~4h。
优选地,所述步骤S30中,所述干燥处理方式为烘烤干燥,烘烤温度为60℃~80℃,烘烤时间为5min~10min。
具体地,所述纳米导电材料为采用混合强酸溶液改性的碳纳米管或石墨烯,改性方法包括:
S101、将浓硝酸和浓硫酸混合,配制获得改性剂;
S102、将碳纳米管或石墨烯加入到所述改性剂中获得分散液;
S103、将所述分散液置于恒温加热磁力搅拌器上油浴加热,冷凝回流,然后用滤纸进行抽滤;
S104、收集滤纸上的碳纳米管或石墨烯并加热烘干至恒重,获得改性的碳纳米管或石墨烯。
本发明实施例提供的微结构柔性压力传感器,采用叠层设置的两个以上的压力传感层,其中的压力传感层为包括纤维布基体以及沉积在所述纤维布基体表面的纳米导电材料,纤维布基体的内部具有大量的由纳米导电材料包覆的纤维体,在受到外部压力时,这些导电纤维体可以实现纤维-纤维之间的电接触,电接触变化是从点接触到面接触的变化过程;另外,利用叠层结构,在压力传感器的微结构受力变化过程中提供不同的接触方式和接触阶段的变化,将受到的压力分散到各层中,从而增加了压力传感层的有效的压力范围,提高了柔性压力传感器线性范围,随着外力的增加,叠层设置的压力传感层的接触面积增加的速度快,使得柔性压力传感器具有更高的灵敏度。
附图说明
图1是本发明实施提供的微结构柔性压力传感器叠层封装过程的示意图;
图2是本发明实施例提供的聚酰亚胺纤维布的SEM图;
图3是本发明实施例提供的沉积有碳纳米管的聚酰亚胺纤维布的SEM图;
图4是本发明实施例提供的压力传感层在不同压力下的压缩情况示意图;
图5是本发明实施例中的微结构柔性压力传感器的电性测试曲线图;
图6是本发明实施例中的不同层数的压力传感层的接触面积与压强变化的曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的,并且本发明并不限于这些实施方式。
在此,还需要说明的是,为了避免因不必要的细节而模糊了本发明,在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤,而省略了与本发明关系不大的其他细节。
本发明实施例首先提供了一种微结构柔性压力传感器,所述柔性压力传感器包括叠层设置的两个以上的压力传感层,所述压力传感层为包括纤维布基体以及沉积在所述纤维布基体表面的纳米导电材料。其中,所述纤维布基体具有大量的纤维体,纳米导电材料包覆所述纤维体。
图1示出了本发明实施的微结构柔性压力传感器叠层封装过程的示意图,如图1,微结构柔性压力传感器两个压力传感层1a和1b,将两个压力传感层1a和1b叠层封装后引出电极2,获得所述微结构柔性压力传感器。
以上实施例提供的微结构柔性压力传感器,采用叠层设置的两个以上的压力传感层,其中的压力传感层为包括纤维布基体以及沉积在所述纤维布基体表面的纳米导电材料,纤维布基体的内部具有大量的由纳米导电材料包覆的纤维体,在压力传感器的微结构受力变化过程中提供不同的接触方式和接触阶段的变化,由此提升了微结构压力传感器的灵敏度并使得微结构压力传感器具有更宽的线性范围。
具体地,所述纤维布基体的厚度为400μm~600μm。
具体地,所述纤维布基体为聚酰亚胺纤维布或碳布,所述纳米导电材料为碳纳米管或石墨烯或金属纳米颗粒。
在优选的方案中,所述微结构柔性压力传感器包括叠层设置的3~5个所述压力传感层。
在优选的方案中,所述纳米导电材料为采用混合强酸溶液改性的碳纳米管或石墨烯,其中改性方法包括:
S101、将浓硝酸和浓硫酸混合,配制获得改性剂。
S102、将碳纳米管或石墨烯加入到所述改性剂中获得分散液。
S103、将所述分散液置于恒温加热磁力搅拌器上油浴加热,冷凝回流,然后用滤纸进行抽滤。
S104、收集滤纸上的碳纳米管或石墨烯并加热烘干至恒重,获得改性的碳纳米管或石墨烯。
本实施例还提供了一种如上所述的微结构柔性压力传感器的制备方法,包括以下步骤:
S10、配制纳米导电材料分散液。
具体地,所述步骤S10包括:将纳米导电材料溶解于无水乙醇中,然后进行超声处理,获得所述纳米导电材料分散液。
具体地,纳米导电材料与无水乙醇的质量比为3~10:10000。
作为具体的案例,本实施例中纳米导电材料选择使用改性的碳纳米管。改性方法具体为:以浓硝酸和浓硫酸混合液作为改性试剂,与待改性的碳纳米管混合;在恒温加热磁力搅拌器上油浴加热,冷凝回流;然后用滤纸进行抽滤,并用去离子水洗至中性;收集滤纸上的碳纳米管并在60℃下烘干至恒重,即可得到改性后的碳纳米管。
本实施例中,用电子天平称取0.1g改性后的碳纳米管倒入烧杯中,然后用量筒量取150ml无水乙醇倒入烧杯中与碳纳米管进行混合,之后用封口膜将烧杯密封,放入超声波清洗机中进行超声操作45min,得到碳纳米管分散液。
S20、将纤维布基体浸入所述纳米导电材料分散液中,通过电沉积工艺使所述纳米导电材料沉积在所述纤维布基体表面。
作为具体的案例,本实施例中使用聚酰亚胺纤维布作为纤维布基体,参阅图2,图2是本发明实施例提供的聚酰亚胺纤维布的SEM图,从图中可以看出聚酰亚胺纤维布中空多孔的纤维微结构。
具体地,所述步骤S20中,将所述纤维布基体黏附于导电板上,通过电泳工艺使所述纳米导电材料沉积在所述纤维布基体表面;所述电泳工艺的电压为5V~30V,时间为0.5h~4h。
本实施例中,剪取一块适当大小的聚酰亚胺纤维布,用耐热胶带将剪取的纤维布粘在一片带有电极的不锈钢片上,与另一片带有电极的不锈钢片间隔5mm一同放置于模具上,然后将模具放入碳纳米管分散液中,用电化学工作站通过电极在两片不锈钢片间通入30V的电压,电泳2h,关闭电源,如此可将碳纳米管沉积在聚酰亚胺纤维布表面。
图3是实施例提供的沉积有碳纳米管的聚酰亚胺纤维布的SEM图,从图3中可以看出聚酰亚胺纤维布的内部具有大量的由碳纳米管包覆的纤维体。
S30、对进行电沉积后的所述纤维布基体干燥处理,制备获得压力传感层。
具体地,所述步骤S30中,所述干燥处理方式为烘烤干燥,烘烤温度为60℃~80℃,烘烤时间为5min~10min。
本实施例中,将步骤S20中得到的沉积有碳纳米管的聚酰亚胺纤维置于80℃干燥箱中烘烤10min,得到具有导电纤维布的压力传感层。
结合图4,图4是本发明实施例提供的压力传感层在不同压力下的压缩情况示意图。对得到的具有导电纤维布的压力传感层进行受力测试,在受到不同大小的外部压力(F3>F2>F1)时,压力传感层中的导电纤维体可以实现纤维-纤维之间的电接触,且电接触变化是从点接触到面接触的变化过程。
S40、将两个以上的所述压力传感层叠层封装并引出电极,制备获得所述微结构柔性压力传感器。
参阅图1,以微结构柔性压力传感器包括叠层的两个压力传感层为例。将步骤S30制备获得的压力传感层裁剪为预定尺寸,例如是5mm×5mm,取两个同样尺寸的压力传感层1a、1b进行封装,通过导电银浆将两根铜丝连接到压力传感层作为电极2,得到微结构柔性压力传感器。
在一些方案中,将步骤S30制备获得的压力传感层1a、1b裁剪为预定尺寸之后,首先在每一个压力传感层1a、1b分别连接电极2,对单层结构的压力传感层进行性能测试,测试合格后再进行叠层封装。叠层封装时,参阅图1,剪去其中一个压力传感层1a的左侧电极,剪去另一个压力传感层1b的右侧电极,然后将压力传感层1a和1b相对叠加在一起进行封装,得到具有叠层结构的微结构柔性压力传感器。
本实施例中,分别对单个压力传感层1a构成的压力传感器、单个压力传感层1b构成的压力传感器以及将压力传感层1a和1b叠层封装后形成的压力传感器进行电性能测。测试过程具体是:给定大小为1V的恒定电压施加在压力传感器的两根电极上,通过控制施加压力的大小,测量出压力传感器的输出电流相对压强的变化数据,并绘制获得如图5所示曲线图。
图5中,曲线L11为单个压力传感层1a构成的压力传感器的电流-压强的变化曲线,曲线L12为单个压力传感层1b构成的压力传感器的电流-压强的变化曲线,曲线L13为将压力传感层1a和1b叠层封装后形成的压力传感器的电流-压强的变化曲线。从图5中可以获知,相比于单个压力传感层,将两个压力传感层叠层封装后形成的压力传感器具有更高的灵敏度,线性范围也更宽。
本实施例还对包含不同层数的压力传感层的接触过程进行有限元仿真,具体是对一层压力传感层、叠层的两层压力传感层以及叠层的三层压力传感层的接触过程进行有限元仿真。从仿真的结果可以获知,相比于一层压力传感层,叠层封装两层压力传感层之后,压力传感层中的聚酰亚胺纤维的纤维体之间相互接触比较密集,因此当使用多层聚酰亚胺纤维时,在受到外部压力时,聚酰亚胺纤维的纤维体之间接触快,且接触面积随着外部压力的增加而增大。图6是本实施例中叠层的两层压力传感层和叠层的三层压力传感层的纤维体接触面积与压力变化的曲线图。
图6中,曲线L21为叠层的两层压力传感层的纤维体接触面积-压强的变化曲线,曲线L22为叠层的三层压力传感层的纤维体接触面积-压强的变化曲线。从图6中可以发现,随着外力的增加,三层压力传感层的接触面积比两层压力传感层的接触面积增加的速度快,这表明三层压力传感层的传感器的灵敏度更高,且三层压力传感层的线性比两层结构的更好,这表明三层压力传感层具有更好的线性范围,这主要是因为多层叠层结构可以将施加的压力分散到各层中,从而增加了聚酰亚胺纤维的有效压力范围。因此,在本发明优选的方案中,所述微结构柔性压力传感器包括叠层设置的3~5个所述压力传感层。
综上所述,本发明实施例提供的微结构柔性压力传感器,采用叠层设置的两个以上的压力传感层,其中的压力传感层为包括纤维布基体以及沉积在所述纤维布基体表面的纳米导电材料,纤维布基体的内部具有大量的由纳米导电材料包覆的纤维体。通过将多层具有导电纤维体的压力传感层叠层封装,提升了微结构压力传感器的灵敏度并使得压力传感器具有更宽的线性范围。
以上所述仅是本申请的具体实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种微结构柔性压力传感器,其特征在于,所述柔性压力传感器包括叠层设置的两个以上的压力传感层,所述压力传感层为包括纤维布基体以及沉积在所述纤维布基体表面的纳米导电材料。
2.根据权利要求1所述的微结构柔性压力传感器,其特征在于,所述纤维布基体的厚度为400μm~600μm。
3.根据权利要求1所述的微结构柔性压力传感器,其特征在于,所述纤维布基体为聚酰亚胺纤维布或碳布,所述纳米导电材料为碳纳米管或石墨烯或金属纳米颗粒。
4.根据权利要求3所述的微结构柔性压力传感器,其特征在于,所述纳米导电材料为采用混合强酸溶液改性的碳纳米管或石墨烯。
5.一种如权利要求1-4任一所述的微结构柔性压力传感器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S10、配制纳米导电材料分散液;
S20、将所述纤维布基体浸入所述纳米导电材料分散液中,通过电沉积工艺使所述纳米导电材料沉积在所述纤维布基体表面;
S30、对进行电沉积后的所述纤维布基体干燥处理,制备获得压力传感层;
S40、将两个以上的所述压力传感层叠层封装并引出电极,制备获得所述微结构柔性压力传感器。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S10包括:将纳米导电材料溶解于无水乙醇中,然后进行超声处理,获得所述纳米导电材料分散液。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S10中,纳米导电材料与无水乙醇的质量比为3~10:10000。
8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S20中,将所述纤维布基体黏附于导电板上,通过电泳工艺使所述纳米导电材料沉积在所述纤维布基体表面;所述电泳工艺的电压为5V~30V,时间为0.5h~4h。
9.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S30中,所述干燥处理方式为烘烤干燥,烘烤温度为60℃~80℃,烘烤时间为5min~10min。
10.根据权利要求5-9任一所述的制备方法,其特征在于,所述纳米导电材料为采用混合强酸溶液改性的碳纳米管或石墨烯,改性方法包括:
S101、将浓硝酸和浓硫酸混合,配制获得改性剂;
S102、将碳纳米管或石墨烯加入到所述改性剂中获得分散液;
S103、将所述分散液置于恒温加热磁力搅拌器上油浴加热,冷凝回流,然后用滤纸进行抽滤;
S104、收集滤纸上的碳纳米管或石墨烯并加热烘干至恒重,获得改性的碳纳米管或石墨烯。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111539750.2A CN114184307A (zh) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 一种微结构柔性压力传感器及其制备方法 |
PCT/CN2022/137509 WO2023109639A1 (zh) | 2021-12-15 | 2022-12-08 | 一种微结构柔性压力传感器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111539750.2A CN114184307A (zh) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 一种微结构柔性压力传感器及其制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114184307A true CN114184307A (zh) | 2022-03-15 |
Family
ID=80605235
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111539750.2A Pending CN114184307A (zh) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 一种微结构柔性压力传感器及其制备方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114184307A (zh) |
WO (1) | WO2023109639A1 (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023109639A1 (zh) * | 2021-12-15 | 2023-06-22 | 深圳先进技术研究院 | 一种微结构柔性压力传感器及其制备方法 |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101555006A (zh) * | 2009-05-12 | 2009-10-14 | 青岛大学 | 一种改性碳纳米管的制备方法 |
CN102442661A (zh) * | 2011-10-18 | 2012-05-09 | 天津理工大学 | 一种液相纯化碳纳米管的方法 |
US20140150573A1 (en) * | 2011-01-13 | 2014-06-05 | Francis Cannard | Device for Measuring Pressure from a Flexible, Pliable, and/or Extensible Object Made from a Textile Material Comprising a Measurement Device |
US20170224280A1 (en) * | 2014-11-04 | 2017-08-10 | North Carolina State University | Smart sensing systems and related methods |
CN107389232A (zh) * | 2017-06-15 | 2017-11-24 | 华南理工大学 | 一种生物基非对称柔性力敏传感材料及其制备方法 |
CN108896217A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-27 | 大连理工大学 | 一种银纳米线/石墨烯/织物碳复合型柔性应力传感器的制备方法及其应用 |
CN110895173A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-03-20 | 五邑大学 | 一种基于复合多层导电材料的柔性应力传感器的制备方法 |
CN111289158A (zh) * | 2018-12-07 | 2020-06-16 | 深圳大学 | 一种柔性压力传感器与柔性压力传感阵列 |
CN111829699A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-10-27 | 深圳先进技术研究院 | 电阻式压力传感器及其制备方法 |
CN112393829A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-02-23 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种基于复合导电织物的压力传感器及其制备方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101436500B1 (ko) * | 2013-09-23 | 2014-10-17 | 한국기계연구원 | 탄소 나노 튜브/산화 그래핀 복합체가 코팅된 탄소 섬유를 포함하는 탄소 섬유 복합재 및 이의 제조방법 |
CN108775979A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-11-09 | 西安建筑科技大学 | 一种高灵敏度柔性压力传感器及其制备方法 |
CN112345606A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-02-09 | 哈尔滨工业大学(深圳) | 一种柔性电极及其制备方法和应用 |
CN114184307A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-15 | 深圳先进技术研究院 | 一种微结构柔性压力传感器及其制备方法 |
-
2021
- 2021-12-15 CN CN202111539750.2A patent/CN114184307A/zh active Pending
-
2022
- 2022-12-08 WO PCT/CN2022/137509 patent/WO2023109639A1/zh unknown
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101555006A (zh) * | 2009-05-12 | 2009-10-14 | 青岛大学 | 一种改性碳纳米管的制备方法 |
US20140150573A1 (en) * | 2011-01-13 | 2014-06-05 | Francis Cannard | Device for Measuring Pressure from a Flexible, Pliable, and/or Extensible Object Made from a Textile Material Comprising a Measurement Device |
CN102442661A (zh) * | 2011-10-18 | 2012-05-09 | 天津理工大学 | 一种液相纯化碳纳米管的方法 |
US20170224280A1 (en) * | 2014-11-04 | 2017-08-10 | North Carolina State University | Smart sensing systems and related methods |
CN107389232A (zh) * | 2017-06-15 | 2017-11-24 | 华南理工大学 | 一种生物基非对称柔性力敏传感材料及其制备方法 |
CN108896217A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-27 | 大连理工大学 | 一种银纳米线/石墨烯/织物碳复合型柔性应力传感器的制备方法及其应用 |
CN111289158A (zh) * | 2018-12-07 | 2020-06-16 | 深圳大学 | 一种柔性压力传感器与柔性压力传感阵列 |
CN110895173A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-03-20 | 五邑大学 | 一种基于复合多层导电材料的柔性应力传感器的制备方法 |
CN111829699A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-10-27 | 深圳先进技术研究院 | 电阻式压力传感器及其制备方法 |
CN112393829A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-02-23 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种基于复合导电织物的压力传感器及其制备方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023109639A1 (zh) * | 2021-12-15 | 2023-06-22 | 深圳先进技术研究院 | 一种微结构柔性压力传感器及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2023109639A1 (zh) | 2023-06-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Hydrophobic and stable MXene–polymer pressure sensors for wearable electronics | |
Tao et al. | Graphene-paper pressure sensor for detecting human motions | |
CN109781311B (zh) | 一种柔性电容式压力传感器及其制备方法 | |
Sun et al. | Highly stretchable and ultrathin nanopaper composites for epidermal strain sensors | |
Wang et al. | A highly flexible tactile sensor with an interlocked truncated sawtooth structure based on stretchable graphene/silver/silicone rubber composites | |
Mattana et al. | Woven temperature and humidity sensors on flexible plastic substrates for e-textile applications | |
Zhu et al. | Highly sensitive and flexible tactile sensor based on porous graphene sponges for distributed tactile sensing in monitoring human motions | |
CN110686589B (zh) | 高灵敏度大应变柔性应变传感器及其制备方法 | |
Yao et al. | A highly sensitive, foldable and wearable pressure sensor based on MXene-coated airlaid paper for electronic skin | |
An et al. | A wearable and highly sensitive textile-based pressure sensor with Ti3C2Tx nanosheets | |
Lei et al. | An ion channel‐induced self‐powered flexible pressure sensor based on potentiometric transduction mechanism | |
CN103616097A (zh) | 一种柔性薄膜触觉传感器件及其制作方法 | |
CN109855782B (zh) | 传感器用柔性导电复合膜及其制备方法以及柔性传感器 | |
CN112848269B (zh) | 一种基于3d打印模板法的三维压力传感器及其制备方法 | |
Chen et al. | Flexible capacitive pressure sensor based on multi-walled carbon nanotubes microstructure electrodes | |
Sun et al. | High-sensitivity tactile sensor based on Ti2C-PDMS sponge for wireless human–computer interaction | |
CN113203505A (zh) | 一种基于低维纳米复合材料的压力/应变双模态传感器及其制备方法 | |
CN112146797A (zh) | 一种基于Mxene的多功能柔性力学传感器及其制备方法 | |
CN112179530B (zh) | 基于双面微结构电极和纸张的柔性压力传感器及制备方法 | |
He et al. | Microstructured hybrid nanocomposite flexible piezoresistive sensor and its sensitivity analysis by mechanical finite-element simulation | |
CN114184307A (zh) | 一种微结构柔性压力传感器及其制备方法 | |
Hou et al. | Flexible piezoresistive sensor based on surface modified dishcloth fibers for wearable electronics device | |
Cheng et al. | Multifunctional Ti3C2Tx MXene/nanospheres/Ti3C2Tx MXene/thermoplastic polyurethane electrospinning membrane inspired by bean pod structure for EMI shielding and pressure sensing | |
Zhang et al. | Cohesive thermoplastic-assisted patterning and assembly of a textile-supported piezoresistive sensor for monitoring human vital signs | |
Luo et al. | Preparation and tensile conductivity of carbon nanotube/polyurethane nanofiber conductive films based on the centrifugal spinning method |
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 |