一种液态金属应变传感纤维制备方法

    专利2026-09-02  22


    本发明涉及一种应变传感纤维处理技术,尤其涉及一种液态金属应变传感纤维制备方法。


    背景技术:

    1、由于柔性可穿戴电子设备在医疗保健、人机界面和人体运动跟踪等方面有着巨大的应用潜力,其发展速度呈现出了指数级增长。基于纤维的电子器件可以很容易地编入纺织品或贴在皮肤上,用于便携式设备。为确保导电纤维与生物界面的无缝结合,纤维的柔软性和可拉伸性等机械属性起着关键作用。然而,传统的金属丝导电纤维与柔软的生物界面不兼容,而且容易疲劳断裂,故制造出具有优异导电性和高度可拉伸性的高性能纤维基电子器件仍然是一项挑战。为了规避这一挑战,大量研究集中于在柔软的可拉伸纤维上涂覆导电填料,如碳纳米管(cnt)、石墨烯和银纳米线/颗粒,以赋予纤维电性能。尽管如此,涂有固体导电填料的纤维随着应变的增大电阻率会明显增加,并具有较高的测量系数。

    2、最近,镓基液态金属作为新一代柔性电子材料出现,由于其固有的金属和液体特性,如高导电性、流动性和良好的环境稳定性,被广泛应用于电子领域,例如印刷电子、微流控电子、无线应变传感器和可穿戴生物电子。更重要的是,与众所周知的有毒重金属汞不同,镓基液态金属不仅对生物体无毒,而且拥有良好的生物相容性,直接接触镓基液态金属不会引发任何免疫反应或对生物体造成任何伤害。因此,镓基液态金属是制造高性能柔性电子产品的潜在候选者。因此,需要一种液态金属应变传感纤维制备方法。


    技术实现思路

    1、本发明的目的是要提供一种液态金属应变传感纤维制备方法。

    2、为达到上述目的,本发明是按照以下技术方案实施的:

    3、本发明包括如下步骤:

    4、(1)处理硅橡胶纤维基底:剪取硅橡胶纤维加入丙酮溶液浸泡超声5min,自然风干清洗5min得到橡胶纤维基底;

    5、(2)制备憎水性高分子聚合物预聚体:将憎水性高分子聚合物的a胶和b胶,以质量比(1-10):1进行混合得到憎水性高分子聚合物预聚体;

    6、(3)制备导电介质涂层:对导电介质进行预处理,在预处理后所述液态金属中按照质量比1:(0.1-0.7)加入质量分数20%-30%的tpu/dmf溶液混合均匀后得到纳米粒子涂层溶液;

    7、(4)应变传感纤维的制备方法:采用浸涂的方式将所述纳米粒子涂层溶液涂覆在所述橡胶纤维基底,对风干后的所述橡胶纤维基底进行按压,用以使纤维表面呈现出银白色金属光泽,确保纤维的导电性;

    8、(5)在所述橡胶纤维基底的外层浸涂所述憎水性高分子聚合物预聚体,室温下固化得到应变传感纤维。

    9、进一步地,所述橡胶纤维基底的尺寸为多孔纤维;直径为:0.15~1mm。

    10、进一步地,对所述液态金属进行预处理的方法包括将液态金属加入至丙酮溶液中,用细胞粉碎机超声30min,超声结束后离心5 -10min,倒出上层清液。

    11、进一步地,所述导电介质可为镓铟锡液态金属或镓铟液态金属单一导电介质,或者上述两种液态金属与碳纳米管分散液、pedot:pss等单一或混合的导电介质形成连续导电的电极。

    12、进一步地,所述的憎水性高分子聚合物可为pdms、ecoflex。

    13、进一步地,所述的憎水性高分子聚合物的浸涂厚度为0.05-0.2cm。

    14、本发明的有益效果是:

    15、1.本发明所制备的应变传感纤维具有良好的传感性能和力学性能,可编入织物作为应变传感器来检测人体运动,制备方法简单,成本低,可以制备出具有优异应变响应性能的液态金属应变传感纤维,通过调整液态金属的含量和热处理条件,可以实现对纤维的应变响应性能的调控。

    16、2.本发明具有制备工艺简单、良好导电性、高度可拉伸、拉伸应变响应线性度高、耐疲劳性能好的优点。



    技术特征:

    1.一种液态金属应变传感纤维制备方法,其特征在于:包括如下步骤:

    2.根据权利要求1所述的液态金属应变传感纤维制备方法,其特征在于:所述橡胶纤维基底为多孔纤维;直径为:0.15~1mm。

    3.根据权利要求1所述的液态金属应变传感纤维制备方法,其特征在于:对所述液态金属进行预处理的方法包括将液态金属加入至丙酮溶液中,用细胞粉碎机超声30min,超声结束后离心5-10min,倒出上层清液。

    4.根据权利要求1所述的液态金属应变传感纤维制备方法,其特征在于:所述导电介质可为镓铟锡液态金属,镓铟液态金属与碳纳米管分散液、pedot:pss混合的导电介质形成连续导电的电极。

    5.根据权利要求1所述的液态金属应变传感纤维制备方法,其特征在于:所述的憎水性高分子聚合物可为pdms、ecoflex。


    技术总结
    本发明公开了一种液态金属应变传感纤维制备方法,包括处理硅橡胶纤维基底:剪取硅橡胶纤维加入丙酮溶液浸泡超声5min,自然风干清洗5min得到橡胶纤维基底;制备憎水性高分子聚合物预聚体:制备导电介质涂层:采用浸涂的方式将所述纳米粒子涂层溶液涂覆在所述橡胶纤维基底,对风干后的所述橡胶纤维基底进行按压在所述橡胶纤维基底的外层浸涂所述憎水性高分子聚合物预聚体,室温下固化得到应变传感纤维。本发明所制备的应变传感纤维具有良好的传感性能和力学性能,可编入织物作为应变传感器来检测人体运动,可以实现对纤维的应变响应性能的调控。

    技术研发人员:邝旻翾,张秀芹,许倩,王锐,赵弘扬,侯思彤
    受保护的技术使用者:北京服装学院
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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