多色可穿戴织物应变传感器的制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种多色可穿戴织物应变传感器的制备方法和应用，上述应变传感器为有色聚氨酯导电纱线和混纺纱线配合进行机织得到；通过先制备带有颜色的热塑性聚氨酯薄膜，再向薄膜上喷涂银纳米线溶液，并利用热处理的方式对喷涂了银纳米线溶液的聚氨酯薄膜进行处理，即可将银纳米线的一部分包埋在聚氨酯薄膜内部，将上述导电薄膜卷绕后即制得有色聚氨酯导电纱线。应用上述方法制得的织物传感器，由于在有色聚氨酯导电薄膜内部形成由银线相搭接而成的网络结构，在传感器受到外界拉伸时可利用网络结构快速发生响应，提升了传感器的灵敏度。通过上述方式，制得具有柔性、轻薄、可弯折、可穿戴的高灵敏多色可穿戴织物应变传感器。可穿戴的高灵敏多色可穿戴织物应变传感器。可穿戴的高灵敏多色可穿戴织物应变传感器。

【技术实现步骤摘要】
多色可穿戴织物应变传感器的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电阻式应变传感器
，尤其涉及一种多色可穿戴织物应变传感器的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着数字技术的发展，传感器在监测、电子对抗、通讯指挥、故障诊断和自我防护等方面具有广阔的应用。其中，电阻式应变传感器因其精度高、测试范围广、频响特性好而成为应用得最广泛的传感器，其工作原理是将材料受到的应变通过电阻变化进行响应，在运动监测、医疗健康、人机交互等领域受到广泛关注。
[0003]传统的应变传感器一般是由弹性体基材(如导电PET、聚二甲基硅氧烷)和无机导电材料(聚吡咯、碳纳米管、石墨烯、炭黑)复合而成，以导电PET为基材的应变传感器难以实现弯曲折叠；而以聚二甲基硅氧烷为基材的柔性传感器又存在弹性体与导电材料相容性差的问题，为克服该缺陷，可用表面活性剂来增加基材和导电物质的界面作用力，增强弹性体与导电材料之间的结合，而表面活性剂的引入又会影响到导电物质的导电性。为解决上述问题，现有技术中提出了基于织物的可穿戴应变传感器，以织物为基础制得的应变传感器具有柔性、轻薄、耐弯曲、可折叠和可穿戴的特点，同时表现出良好的生物兼容性和实现长期监测的效果。
[0004]现有技术中，申请号为202210589637.3，公开日期为2022年8月5日，名称为“一种透气可拉伸导电纱线及其制备方法与应用”的专利中通过先静电纺丝制备多孔TPE纱线，再通过浸渍涂覆银纳米线溶液，在TPE纱线表面形成导电层，制得透气可拉伸导电纱线，应用该导电纱线可进一步制备成织物电极、智能导线、多功能传感器设备。上述技术方案中，通过利用银纳米线在多孔TPE纱线表面的堆积形成导电层，传感器在拉伸时银线排列的变化相对小，致使传感器的灵敏度不高；另外，银纳米线堆积形成的导电层在后续使用过程中易出现磨损和发生氧化，影响了传感器的稳定性。
[0005]有鉴于此，有必要设计一种改进的多色可穿戴织物应变传感器的制备方法和应用，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种多色可穿戴织物应变传感器的制备方法和应用。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种多色可穿戴织物应变传感器的制备方法，所述应变传感器为有色聚氨酯导电纱线和混纺纱线配合进行机织得到；
[0008]所述应变传感器的制备方法包括如下步骤：
[0009]S1、将热塑性聚氨酯颗粒溶于分散有分散染料的N，N
‑
二甲基甲酰胺溶剂中，制得有色聚氨酯溶液；然后，对有色聚氨酯溶液进行涂布制膜，再经固化处理，制得有色聚氨酯薄膜；
[0010]S2、将一定浓度的银纳米线溶液均匀喷涂到步骤S1中制得的所述有色聚氨酯薄膜
上，再经热处理后，得到复合有银纳米线的有色聚氨酯导电薄膜；接着，将所述复合有银纳米线的有色聚氨酯导电薄膜切条和卷绕后，制得所述有色聚氨酯导电纱线。
[0011]优选的，在步骤S2中，所述复合有银纳米线的有色聚氨酯导电薄膜上的所述银纳米线溶液的喷涂密度为0.01
‑
0.5mL/cm2。
[0012]优选的，在步骤S2中，所述银纳米线溶液的浓度为0.1
‑
1mg/mL。
[0013]优选的，在步骤S1中，所述固化处理的温度为50
‑
100℃。
[0014]优选的，在步骤S2中，所述热处理的温度为80
‑
175℃。
[0015]优选的，在步骤S1中，所述有色聚氨酯薄膜的厚度≤0.1mm。
[0016]优选的，在步骤S1中，所述有色聚氨酯溶液的质量百分数为10
‑
30％。
[0017]优选的，在步骤S1中，所述分散染料为分散红、分散橙、分散黄、分散绿、分散藏青、分散蓝、分散紫、分散黑中的一种或多种；优选的，所述有色聚氨酯溶液中所述分散染料的质量百分数为0.05
‑
1％。
[0018]优选的，在步骤S1中，所述涂布制膜的过程利用涂膜器进行；优选的，所述涂膜器为玻璃板。
[0019]特别地，本专利技术还提供了所述的多色可穿戴织物应变传感器的应用，所述应变传感器能够应用于环境隐身等领域。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]1、本专利技术提供的多色可穿戴织物应变传感器，通过先制备带有颜色的热塑性聚氨酯薄膜，并向薄膜上喷涂银纳米线溶液，经热处理后，得到内部包埋有部分银纳米线的有色聚氨酯导电薄膜；将上述导电薄膜卷绕后，再与混纺纱线配合进行机织即制得多色可穿戴织物应变传感器。应用上述方法制得的织物传感器，由于在有色聚氨酯导电薄膜内部形成由银线相搭接而成的网络结构，在传感器受到外界拉伸时可利用网络结构快速发生响应，提升了传感器的灵敏度。通过上述方式，制得具有柔性、轻薄、可弯折、可穿戴的高灵敏多色可穿戴织物应变传感器。
[0022]2、本专利技术提供的多色可穿戴织物应变传感器，通过在热塑性聚氨酯薄膜上喷涂银纳米线溶液后，在薄膜表面形成由银线相搭接而成的网络结构，再经热处理制得有色聚氨酯导电薄膜，热处理过程中可利用热塑性聚氨酯在加热条件下的黏弹性流动，将银纳米线的一部分包埋在聚氨酯薄膜内部，如此即可使银线与薄膜之间结合得更紧密，避免后续使用过程中银线从薄膜上掉落；上述采用先在热塑性聚氨酯薄膜表面喷涂银纳米线溶液后利用热处理的方式对银线进行固定，可在形成有色聚氨酯导电薄膜的过程中，完成银线的搭接，同时，由于银线是相搭接而不是堆叠排布的，因而不会对热塑性聚氨酯薄膜的透明度产生影响，确保后续制得的导电纱线的仍能够保持较高的透明度；通过在有色聚氨酯导电薄膜内形成网络结构，可在织物受到外界拉伸时，利用网络结构在空间上的排列位置的变化，快速对拉伸进行响应，实验中对传感器的灵敏度进行了测试，其灵敏度高达43000。再者，上述通过形成由银纳米线构成的网络结构来实现导电，并利用热塑性聚氨酯在热处理下的流动将银纳米线的一部分包埋在聚氨酯薄膜内部，避免了使用过程中银线掉落而影响传感器的灵敏度，另外，卷绕后可避免传感器在使用过程出现导电区域的氧化和磨损，而影响传感器的稳定性，有效解决了现有技术中利用金属导电层实现导电过程中存在的缺陷。
[0023]3、本专利技术提供的多色可穿戴织物应变传感器，通过在制备聚氨酯薄膜时加入分散
染料，可在不影响薄膜透明度的情况下赋予薄膜颜色，赋予了最终制得的应变传感器丰富的颜色；同时，还可根据实际需要对应变传感器的颜色进行调控，以使其颜色与环境颜色保持一致，从而在特殊环境中实现环境隐身，例如：战场环境中可在不暴露自己的情况下利用本专利技术制得的应变传感器进行战场观察和信息通讯，拓宽了应变传感器的应用领域。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的多色可穿戴织物应变传感器的应变传感原理图；
[0025]图2为本专利技术的实施例1制得的复合有银纳米线的有色聚氨酯导电薄膜的扫描电镜照片；
[0026]图3为本专利技术的实施例1制得的多色可穿戴织物应变传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多色可穿戴织物应变传感器的制备方法，其特征在于，所述应变传感器为有色聚氨酯导电纱线和混纺纱线配合进行机织得到；所述应变传感器的制备方法包括如下步骤：S1、将热塑性聚氨酯颗粒溶于分散有分散染料的N，N
‑
二甲基甲酰胺溶剂中，制得有色聚氨酯溶液；然后，对有色聚氨酯溶液进行涂布制膜，再经固化处理，制得有色聚氨酯薄膜；S2、将一定浓度的银纳米线溶液均匀喷涂到步骤S1中制得的所述有色聚氨酯薄膜上，再经热处理后，得到复合有银纳米线的有色聚氨酯导电薄膜；接着，将所述复合有银纳米线的有色聚氨酯导电薄膜切条和卷绕后，制得所述有色聚氨酯导电纱线。2.根据权利要求1所述的多色可穿戴织物应变传感器的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述复合有银纳米线的有色聚氨酯导电薄膜上的所述银纳米线溶液的喷涂密度为0.01
‑
0.5mL/cm2。3.根据权利要求1所述的多色可穿戴织物应变传感器的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述银纳米线溶液的浓度为0.1
‑
1mg/mL。4.根据权利要求1所述的多色可穿戴织物应变传感器的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述固化处理的温度为50

【专利技术属性】
技术研发人员：吕佩，刘粤美，胡钧，刘欣，徐卫林，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：