本發(fā)明涉及新型電容式柔性傳感器，具體為一種柔性導(dǎo)電復(fù)合紗及其制備方法、一維結(jié)構(gòu)電容式柔性傳感器。

背景技術(shù)：

1、隨著柔性傳感技術(shù)與人工智能的快速發(fā)展，各種類型的柔性傳感器開發(fā)智能可穿戴設(shè)備成為智能可穿戴產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)。柔性傳感器現(xiàn)成為醫(yī)療監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)健康、電子通訊等領(lǐng)域開發(fā)智能可穿戴產(chǎn)品的重要元件。在基于眾多傳感機(jī)制的柔性傳感器中，電容式柔性傳感器因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易制備、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)受到關(guān)注。目前相關(guān)電容式柔性傳感器的研究成果中，研究人員主要圍繞制備材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面展開研究。其中，傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以二維和三維形式居多，通常將聚合物薄膜或織物堆疊組裝形成。gao等人將聚偏氟乙烯薄膜作介電層夾在帶有導(dǎo)電銅電極的兩尼龍織物中間組裝成三位結(jié)構(gòu)電容式壓力傳感器，監(jiān)測(cè)人體的呼吸與肘部運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)。liang等人將細(xì)菌纖維素/碳納米管螺旋纖維相互交叉組裝成交叉結(jié)構(gòu)的電容式柔性傳感器，實(shí)現(xiàn)壓力接觸和無接觸靠近的監(jiān)測(cè)功能在可穿戴電子設(shè)備中顯示出廣闊的應(yīng)用前景。二維或三維結(jié)構(gòu)的電容式傳感器具有一定的厚度，面積尺寸大的局限性，對(duì)實(shí)際應(yīng)用在開發(fā)智能可穿戴產(chǎn)品的選擇范圍大大受限。

2、一維結(jié)構(gòu)柔性傳感器具有優(yōu)異可集成性、適形性和結(jié)構(gòu)變化靈活等特點(diǎn)。現(xiàn)有關(guān)一維結(jié)構(gòu)柔性傳感器的制備方法主要從纖維和紗線兩個(gè)方向著手。一方面，通過紡絲同軸部件紡制具有傳感性能的纖維后組裝成電容式柔性傳感器。另一方面，對(duì)導(dǎo)電紗線的表面進(jìn)行浸漬、噴涂、原位聚合法等后整理方法附著介電層后組裝成電容式柔性傳感器。cooper等人將液態(tài)金屬注入彈性纖維內(nèi)部制備了復(fù)合傳感纖維，將兩根復(fù)合傳感纖維作電極采用加捻結(jié)構(gòu)組裝了電容式柔性傳感器。由于加捻結(jié)構(gòu)使傳感器的兩電極相互扭轉(zhuǎn)抱合，使得兩電極板的正對(duì)有效面積較小，導(dǎo)致傳感器的電容值較小。此外，傳感器應(yīng)變能力還受到加捻結(jié)構(gòu)限制，導(dǎo)致傳感器無法承受較大應(yīng)變的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)解決的技術(shù)問題

2、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種柔性導(dǎo)電復(fù)合紗及其制備方法、一維結(jié)構(gòu)電容式柔性傳感器，解決了上述背景技術(shù)中提出的問題。

3、(二)技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

5、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種柔性導(dǎo)電復(fù)合紗的制備方法，包括以下步驟：

6、(1)以鍍銀錦綸為芯紗，錦綸dty為外包紗并根據(jù)雙層反向捻繞的方式對(duì)鍍銀錦綸進(jìn)行雙層包覆，獲得scn/pa包覆紗；

7、(2)將所述scn/pa包覆紗浸漬于水性聚氨酯溶液中，烘干，固化，得到scn/pa/wpu復(fù)合紗。

8、優(yōu)選的，步驟(1)中，所述錦綸dty在雙層反向捻繞時(shí)，內(nèi)層錦綸dty采用s捻，外層的錦綸dty采用z捻。

9、優(yōu)選的，步驟(1)中，所述雙層反向捻繞的捻度為800～1200捻/米。

10、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述水性聚氨酯溶液的濃度為20～40％。

11、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述烘干的溫度為50～60℃。

12、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述固化的溫度為50～60℃，所述固化的時(shí)間為2～3h。

13、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種根據(jù)上述制備方法得到的柔性導(dǎo)電復(fù)合紗，包括鍍銀錦綸芯紗、錦綸dty外包層和水性聚氨酯包覆層，所述錦綸dty外包層包覆在所述鍍銀錦綸芯紗表面，所述水性聚氨酯包覆層包覆于所述錦綸dty外包層的表面。

14、根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種一維結(jié)構(gòu)電容式柔性傳感器，包括至少兩根并列平行纏繞的柔性導(dǎo)電復(fù)合紗，所述柔性導(dǎo)電復(fù)合紗選自上述制備方法得到的。

15、(三)有益效果

16、本發(fā)明提供了一種柔性導(dǎo)電復(fù)合紗及其制備方法、一維結(jié)構(gòu)電容式柔性傳感器。具備以下有益效果：

17、(1)本方案提供的一種柔性導(dǎo)電復(fù)合紗的制備方法，以鍍銀錦綸為芯紗，錦綸dty作為外包紗，通過自動(dòng)化包覆紗生產(chǎn)工藝生產(chǎn)scn/pa包覆紗，再通過浸漬水性聚氨酯對(duì)scn/pa包覆紗進(jìn)一步處理，得到scn/pa/wpu復(fù)合紗。本方案的制備方法制作成本低，效率高，可連續(xù)化加工。

18、(2)本方案提供的一種一維結(jié)構(gòu)電容式柔性傳感器，采用上述方法制備的柔性導(dǎo)電復(fù)合紗，表現(xiàn)出良好的應(yīng)變-電容傳感性能，具有0～140％的工作范圍，在10％的拉伸應(yīng)變下，其敏感因子可達(dá)到0.66。且重復(fù)性優(yōu)異，能夠承受1200次以上的拉伸-卸載循環(huán)，可用于人體運(yùn)動(dòng)與生理活動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

技術(shù)特征：

1.一種柔性導(dǎo)電復(fù)合紗的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性導(dǎo)電復(fù)合紗的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，所述錦綸dty在雙層反向捻繞時(shí)，內(nèi)層的錦綸dty采用s捻，外層的錦綸dty采用z捻。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性導(dǎo)電復(fù)合紗的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，所述雙層反向捻繞的捻度為800～1200捻/米。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性導(dǎo)電復(fù)合紗的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，所述水性聚氨酯溶液的濃度為20～40％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性導(dǎo)電復(fù)合紗的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，所述烘干的溫度為50～60℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性導(dǎo)電復(fù)合紗的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，所述固化的溫度為50～60℃，所述固化的時(shí)間為2～3h。

7.一種根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的制備方法得到的柔性導(dǎo)電復(fù)合紗，其特征在于：包括鍍銀錦綸芯紗、錦綸dty外包層和水性聚氨酯包覆層，所述錦綸dty外包層包覆在所述鍍銀錦綸芯紗表面，所述水性聚氨酯包覆層包覆于所述錦綸dty外包層的表面。

8.一種一維結(jié)構(gòu)電容式柔性傳感器，其特征在于：至少包括兩根并列平行纏繞的柔性導(dǎo)電復(fù)合紗，所述柔性導(dǎo)電復(fù)合紗采用權(quán)利要求7所述的柔性導(dǎo)電復(fù)合紗。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種柔性導(dǎo)電復(fù)合紗及其制備方法、一維結(jié)構(gòu)電容式柔性傳感器。所述柔性導(dǎo)電復(fù)合紗的制備方法包括以下步驟：(1)以鍍銀錦綸為芯紗，錦綸DTY為外包紗并根據(jù)雙層反向捻繞的方式對(duì)鍍銀錦綸進(jìn)行雙層包覆，獲得SCN/PA包覆紗；(2)將所述SCN/PA包覆紗浸漬于水性聚氨酯溶液中，烘干，固化，得到SCN/PA/WPU復(fù)合紗。本發(fā)明提供的制備方法成本低，效率高，可連續(xù)化加工，得到的柔性導(dǎo)電復(fù)合紗制成一維結(jié)構(gòu)電容式柔性傳感器表現(xiàn)出良好的應(yīng)變?電容傳感性能，具有0～140％的工作范圍，在10％的拉伸應(yīng)變下，其敏感因子可達(dá)到0.66。且重復(fù)性優(yōu)異，能夠承受1200次以上的拉伸?卸載循環(huán)，可用于人體運(yùn)動(dòng)與生理活動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

技術(shù)研發(fā)人員：岳欣琰,洪劍寒,王小虎,范夢(mèng)晶,韓瀟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：紹興文理學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21