一种两栖智能数据手套及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种两栖智能数据手套及其制备方法，一种两栖智能数据手套包括手套本体、软板和导电纤维；软板和导电纤维位于手套本体背面，软板和导电纤维之间通过导电线连接；导电纤维位于手套本体五指所在位置，沿五指方向设置，当导电纤维弯曲时其电阻随弯曲而增大；软板用于采集导电纤维电阻并将数据无线传输到数据处理终端。本发明专利技术的两栖智能数据手套，能够保证在水环境下和空气中都能正常工作，具有高灵敏度、稳定性和机械鲁棒性。稳定性和机械鲁棒性。稳定性和机械鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种两栖智能数据手套及其制备方法


[0001]本专利技术属于智能设备领域，具体为一种两栖智能数据手套及其制备方法。

技术介绍

[0002]在新冠疫情的影响下，人们之间直接的身体互动受到了限制以防止病毒的传播，从而产生了对非接触控制和相互的爆发性需求。得益于人工智能AI和5G技术，面向人工智能的人机界面(hHMI)为人类提供了与机器或其他人进行远程数据的能力。一般来说，hHMI是一种多功能机电系统，它收集人机运动信息并将其发送到中央处理单元，然后机器将执行与指令对应的适当功能。
[0003]基于机器视觉的方法是获取人体生理信息的重要途径，但其关键点在于合适的光学环境。一方面，由于光的屏蔽和阴影效应，很难实现对手指细微运动的实时识别，另一方面，实现和操作这套系统是成本较高且耗电较大。更重要的是，在有水的环境中，基于机器视觉的手解码由于系统防水性差和水的透明度差而表现不佳。
[0004]可穿戴电子设备可以直接原位采集表征体感信号其对于环境条件是不敏感的，其中基于传感器的数据手套是实现hHMI的完美载体。目前，许多基于液态金属、导电聚合物和摩擦电材料的应变传感器已被报道，但是关于融入纺织和混合电力系统的设备面临着一些问题：1)对于液态金属基应变传感器，低初始电阻(几欧姆)和相对较低的规格电流通常需要较大的供电电流，导致工作功率大，甚至系统工作故障；由于液态金属与大多数金属的合金化现象，液态金属与金属电极的连接问题具有挑战性。2)基于液体金属或摩擦电应变传感器灵敏度较低，往往需要后端放大器来放大应变变化对应的电信号，增加了系统的复杂性。3)聚合物应变传感器与纺织品的兼容性差，传感模块部分的加工难度大且严重影响了纺织品的透气性。
[0005]与此同时，考虑到日常活动中的环境复杂、不稳定，如雨淋湿、出汗、意外掉入河流等，可穿戴纤维很难避免接触水分，如水、汗液等，遭受不可预测的机械变形，甚至损伤。因此，对于智能纤维，不仅需要高灵敏度，还需要防水和机械稳健性。与化学改性相比，封装是一种简便但有效的提高机械坚固性和防水性的方法，它为内部功能材料提供了额外的保护，免受外部物理或化学损伤。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术目的是提供一种能够保证在水环境下和空气中都能正常工作的高灵敏、稳定的两栖智能数据手套，本专利技术的另一目的是提供一种高灵敏、稳定的两栖智能数据手套的制备方法。
[0007]技术方案：一种两栖智能数据手套，包括手套本体、软板和导电纤维；软板和导电纤维均位于手套本体背面，软板和导电纤维之间通过导电线连接；导电纤维位于手套本体五指所在位置，沿五指方向设置，当导电纤维弯曲时其电阻随弯曲而增大；软板用于采集导电纤维电阻并将数据无线传输到数据处理终端。当五个手指弯曲时，导电纤维的电阻发生
改变，软板采集到的电信号也发生改变，从而可以判定是哪个手指在动作。
[0008]进一步的，导电线与软板的连接点涂覆导电银浆固定，并且在导电银浆上涂覆封装材料封装。
[0009]进一步的，所述导电纤维有五段，分别固定在手套本体的拇指、食指、中指、无名指和小指上，且覆盖每个手套本体上手指的第二指节位置。
[0010]进一步的，导电纤维采用三层核壳结构，包括纤维基体、以及依次覆盖在纤维基体上的粘性材料层、导电层与封装材料层。导电层厚度为10
‑
30μm，封装材料层的厚度为20
‑
60μm。所述纤维基体为氨纶、涤纶、锦纶、腈纶、氯纶、维纶、聚烯烃弹力丝中任意一种；粘性材料层为具备粘性的改性聚乙烯醇、环氧树脂、聚氯乙烯、丙烯酸结构胶中任意一种；导电层为MXene、石墨烯、碳纳米管、炭黑、银纳米线中任意一种。封装材料层为聚二甲基硅氧烷PDMS、聚乙烯醇、硅胶中任意一种。
[0011]本专利技术的一种两栖智能数据手套的制备方法，包含以下步骤：
[0012]步骤1，制备导电纤维
[0013]步骤1.1，将多根纤维线编织成辫状，形成纤维基体，然后将纤维基体两端固定，将粘性材料凝胶涂均匀的涂覆在纤维基体上；
[0014]步骤1.2，将导电材料涂覆在粘性材料上，形成应变传感层，即导电层，再用导电银浆将导电线附着在氨纶的两端，且与导电层连接，导电线用于将导电层的电信号引出；
[0015]具体的，可以是将MXene导电材料涂覆在聚乙烯醇粘性材料上，形成MXene应变传感层；
[0016]步骤1.3，然后用刷子将封装材料旋涂剂刷在导电层表面，固化，形成封装材料层；得到带有导电线的导电纤维；
[0017]步骤2，将导电纤维分别固定在手套本体的五指位置上，且覆盖每个手套本体上手指的第二指节；将软板固定在手套本体的背面；
[0018]步骤3，将导电纤维上的导电线缝入软板板接口，在连接处涂覆导电银浆，固化；
[0019]步骤4，用封装材料对软板、以及软板与导电线接口进行封装，得到了一种两栖智能数据手套。
[0020]具体的，采用PDMS旋涂剂对对软板、以及软板与导电线接口进行封装；
[0021]所述PDMS旋涂剂通过以下方法制得：称取1～5份PDMS预聚体和0.1～0.5份PDMS固化剂混合，再滴入0.01～0.1份正己烷，搅拌3～10min，再将混合好的PDMS溶液放置于真空干燥炉，室温下抽气，保持真空环境5～20min，得到PDMS旋涂剂。
[0022]工作原理：我们提出了一种基于可靠、防水智能纤维的两栖智能数据手套，采用利用聚乙烯醇粘在氨纶纱上的MXene导电材料作为传感层，通过使用PDMS浇筑固化封装。这种策略使得MXene功能层拥有高粘附性和稳定性，从而提高了机械和电气的鲁棒性。与一般智能数据手套相比，由PDMS封装的两栖智能数据手套在水、汗液和生理盐水环境中表现出更好的电循环稳定性和长期运行稳定性。
[0023]有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性特点：
[0024]1、采用封装的方法，简便且有效地提高机械坚固性和防水性，为内部功能材料提供了额外的保护，免受外部物理或化学损伤；
[0025]2、将三根氨纶线编织成辫状，可以大大增加与改性聚乙烯醇的接触面积；
[0026]3、选择MXene作为应变传感层，可以与粘接剂聚乙烯醇形成良好的结合力和较大的接触面积，使导电纤维具有良好的灵敏度性能；
[0027]4、制备方法可控性好，采用分层制造的方法，有利于大规模生产，手套层、导电纤维、软板层、封装材料层分别进行制备，互不影响，制备过程中出现问题可单独修正，节约成本。
附图说明
[0028]图1是本专利技术的结构示意图；
[0029]图2是本专利技术导电纤维的结构示意图；
[0030]图3是本专利技术导电纤维的制备流程图；
[0031]图4是本专利技术导电纤维的光学图像；
[0032]图5是本专利技术数据手套的手势检测信号；
[0033]其中，1、导电纤维；2、导电线；3、软板；4、锂电池。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两栖智能数据手套，其特征在于，包括手套本体、软板和导电纤维；软板和导电纤维位于手套本体背面，软板和导电纤维之间通过导电线连接；导电纤维位于手套本体五指所在位置，沿五指方向设置，当导电纤维弯曲时其电阻随弯曲而增大；软板用于采集导电纤维电阻并将数据无线传输到数据处理终端。2.根据权利要求1所述一种两栖智能数据手套，其特征在于，导电线与软板的连接点涂覆导电银浆固定，并且在导电银浆上涂覆封装材料封装。3.根据权利要求1所述一种两栖智能数据手套，其特征在于，所述导电纤维有五段，分别固定在手套本体的拇指、食指、中指、无名指和小指上，且覆盖每个手套本体上手指的第二指节位置。4.根据权利要求1所述一种两栖智能数据手套，其特征在于，导电纤维采用三层核壳结构，包括纤维基体、以及依次覆盖在纤维基体上的粘性材料层、导电层与封装材料层。5.根据权利要求4所述一种两栖智能数据手套，其特征在于，所述纤维基体为氨纶、涤纶、锦纶、腈纶、氯纶、维纶、聚烯烃弹力丝中任意一种；粘性材料层为具备粘性的改性聚乙烯醇、环氧树脂、聚氯乙烯、丙烯酸结构胶中任意一种；导电层为MXene、石墨烯、碳纳米管、炭黑、银纳米线中任意一种；封装材料层为聚二甲基硅氧烷PDMS、聚乙烯醇、硅胶中任意一种。6.根据权利要求4所述一种两栖智能数据手套的制备方法，其特征在于，导电层厚度为10
‑
30μm。7.根据权利要求4所述一种两栖智能数据手套的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴俊，段升顺，朱迪，李文倩，夏伊尔，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：