一种仿生触觉传感器、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种仿生触觉传感器，包括PDA/MXene/STA纤维电极层、带有内孔的纤维夹层、以及分等级通孔离子凝胶电解质层，所述PDA/MXene/STA纤维电极层包括上PDA/MXene/STA纤维电极层和下PDA/MXene/STA纤维电极层，所述带有内孔的纤维夹层、以及分等级通孔离子凝胶电解质层设置在上PDA/MXene/STA纤维电极层以及下PDA/MXene/STA纤维电极层中间。本发明专利技术的仿生触觉传感器灵敏度高，不仅基于纤维基底材料具有优异的透气性和透湿性，为长时间的穿戴提供舒适性，还具有优异的疏水性和自清洁性，可以避免外部液体或灰尘的干扰，以保持高传感性能和长使用寿命。传感性能和长使用寿命。传感性能和长使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生触觉传感器、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于传感器
，尤其是涉及一种仿生触觉传感器、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]柔性触觉传感器已成为可穿戴设备与外界环境或人体交流的关键部件。为了使传感器具有优异的性能，很多研究学者从材料制备与选择方面进行了大量研究。与过去相比，柔性触觉传感器佩戴在人体的不同部位上时的各种实际感测应用尽管逐渐提高，但是关于长时间连续工作的皮肤附接穿戴的舒适性以及保护传感器装置免受皮肤内部分泌汗液和外部水飞溅的影响，甚至是在水下环境中工作仍然是挑战。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提出了一种仿生触觉传感器、制备方法及其应用，从结构设计、材料选择与工艺制备三个方面入手制备传感器，传感器的电极材料使用的是具有良好柔性的无纺布纤维作为基底与具有表面亲水改性的聚多巴胺PDA、高导电二维纳米导电材料MXene以及超疏水硬脂酸STA集成；电解质材料使用的是含有丰富阴阳离子、高稳定性的离子液体混合溶液；纤维夹层使用的是低密度的无纺布纤维。该传感器的制备工艺保证了传感器具有大量的微孔与微流道，有效提高了长时间佩戴的舒适性，防止了灰尘污染和液体的浸入。
[0004]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0005]一种仿生触觉传感器，包括PDA/MXene/STA纤维电极层、带有内孔的纤维夹层、以及分等级通孔离子凝胶电解质层，所述PDA/MXene/STA纤维电极层包括上PDA/MXene/STA纤维电极层和下PDA/MXene/STA纤维电极层，所述带有内孔的纤维夹层、以及分等级通孔离子凝胶电解质层设置在上PDA/MXene/STA纤维电极层以及下PDA/MXene/STA纤维电极层中间，其中，带有内孔的纤维夹层设置在上PDA/MXene/STA纤维电极层下面，分等级通孔离子凝胶电解质层设置在下PDA/MXene/STA纤维电极层上面。
[0006]进一步的，所述PDA/MXene/STA纤维电极层使用无纺布纤维作为基底与具有表面亲水改性的聚多巴胺PDA、高导电性二维纳米导电材料MXene以及超疏水硬脂酸STA集成。
[0007]进一步的，所述分等级通孔离子凝胶电解质层使用含有丰富阴阳离子、高稳定性的离子液体混合溶液形成，且其具有不同等级高度的通孔微结构。
[0008]进一步的，所述带有内孔的纤维夹层为低密度的无纺布纤维夹层，且其内部具有矩形孔。
[0009]本专利技术还提供一种仿生触觉传感器的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)制备PDA/MXene/STA纤维电极层；
[0011]将无纺布纤维置于聚多巴胺溶液中进行表面亲水性处理后，加入高导电性二维纳米导电材料MXene,之后在PDA/MXene纤维表面喷涂超疏水硬脂酸STA溶液；
[0012](2)制备分等级通孔离子凝胶电解质层；
[0013]将含有离子液体的混合溶液涂覆于砂纸表面后通过烘干工艺剥离后获得；
[0014](3)制备带有内孔的纤维夹层；
[0015]使用激光切割机将无纺布纤维切割成带有矩形孔的纤维单元；
[0016](4)从上向下依次安装上PDA/MXene/STA纤维电极层、带有内孔的纤维夹层、分等级通孔离子凝胶电解质层、下PDA/MXene/STA纤维电极层，在其各部分的边缘周围涂覆半固化的PDMS溶液进行封装，最后将制造的传感器烘干。
[0017]本专利技术还提供了一种仿生触觉传感器的应用，所述仿生触觉传感器应用在可穿戴设备中，其不仅可以在正常露天条件下佩戴在人体不同部位时对各种生理信号和关节运动进行传感应用，而且能够在特殊的水下环境中佩戴进行传感应用。
[0018]相对于现有技术，本专利技术所述的一种仿生触觉传感器、制备方法及其应用具有以下优势：本专利技术的仿生触觉传感器灵敏度高，不仅基于纤维基底材料具有优异的透气性和透湿性，为长时间的穿戴提供舒适性。同时，优异的疏水性能和自清洁性能，可以避免外部液体或灰尘的干扰，以保持高传感性能和长使用寿命。
附图说明
[0019]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0020]图1为本专利技术实施例中的PDA/MXene/STA纤维电极层制备示意图；
[0021]图2为本专利技术实施例中的分等级通孔离子凝胶电解质层制备工艺示意图；
[0022]图3为本专利技术实施例中的仿生触觉传感器的结构示意图；
[0023]图4为本专利技术实施例中的仿生触觉传感器的工作原理示意图；
[0024]图5为本专利技术实施例中的仿生触觉传感器的柔性展示示意图；
[0025]图6为本专利技术的施例中的仿生触觉传感器的透气性展示示意图；
[0026]图7为本专利技术的施例中的仿生触觉传感器的疏水性展示示意图；
[0027]图8为本专利技术的施例中的仿生触觉传感器的自清洁性展示示意图；
[0028]图9为本专利技术的施例中的仿生触觉传感器的可洗性展示示意图；
[0029]图10为本专利技术的施例中的仿生触觉传感器的电镜图；
[0030]图11为本专利技术的实施例中的仿生触觉传感器的性能测试示意图；
[0031]图12为本专利技术的实施例中的仿生触觉传感器的应用示意图。
[0032]附图标记说明
[0033]1‑
上PDA/MXene/STA纤维电极层；2
‑
带有内孔的纤维夹层；3
‑
分等级通孔离子凝胶电解质层；4
‑
下PDA/MXene/STA纤维电极层；5
‑
MXene纳米片层；6
‑
STA微片层。
具体实施方式
[0034]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0035]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为
基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0036]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生触觉传感器，其特征在于：包括PDA/MXene/STA纤维电极层、带有内孔的纤维夹层、以及分等级通孔离子凝胶电解质层，所述PDA/MXene/STA纤维电极层包括上PDA/MXene/STA纤维电极层和下PDA/MXene/STA纤维电极层，所述带有内孔的纤维夹层、以及分等级通孔离子凝胶电解质层设置在上PDA/MXene/STA纤维电极层以及下PDA/MXene/STA纤维电极层中间，其中，带有内孔的纤维夹层设置在上PDA/MXene/STA纤维电极层下面，分等级通孔离子凝胶电解质层设置在下PDA/MXene/STA纤维电极层上面。2.根据权利要求1所述的一种仿生触觉传感器，其特征在于：所述PDA/MXene/STA纤维电极层使用无纺布纤维作为基底与具有表面亲水改性的聚多巴胺PDA、高导电性二维纳米导电材料MXene以及超疏水硬脂酸STA集成。3.根据权利要求1所述的一种仿生触觉传感器，其特征在于：所述分等级通孔离子凝胶电解质层使用含有丰富阴阳离子、高稳定性的离子液体混合溶液形成，且其具有不...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟垂舟，孙桂芬，王鹏，刘腾，林蒙蒙，李国显，禹伟，郭士杰，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：