一种液态金属压力传感纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种液态金属压力传感纤维及其制备方法和应用，属于传感纤维的制备技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属压力传感纤维及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于传感纤维的制备
，涉及一种液态金属压力传感纤维及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]随着电子科技的发展，对电子电路的需要不再仅仅局限于传统意义上的硬质基底电路板，为适应需要，柔性基底的电子设备应运而生，柔性基底的电子设备与硬质基底的电子设备最大的不同在于其新型的可弯曲
、
折叠
、
拉伸等柔性特质
。
柔性电子设备有许多种类，如柔性传感器
、
柔性电加热器
、
电子皮肤等
。
[0003]柔性可穿戴电子产品中的一个重要组成部分
——
柔性压力传感器，在医疗监测
、
人机接口或机器人假肢等各种应用领域受到了广泛的关注
。
常规的柔性可穿戴压力传感器没有足够的可变形性和舒适性，功能也相对单一，所以纤维基压力传感器应运而生
。
柔性压力传感器一般分为电容式
、
电阻式
/
压阻式
、
压电式和摩擦电压力传感器，电容式压力传感器由于其稳定性以及抗疲劳性较为突出，在柔性压力传感器中的优势较为明显
。
目前的柔性电容式压力传感器一般是由金属及其合金
、
导电聚合物等作为电极，这些材料大多数都存在可变形性
、
机械稳定性较差等问题，因此寻找到一种合适的柔性电极迫在眉睫
。
[0004]液态金属
(liquid metal,LM)
由于其同时具有高导电性
、
流动性
、
高可变形性以及良好的环境稳定性等金属与液体的优良特性逐渐被广泛应用于柔性压力传感器领域中
。
液态金属是一种金属或者合金，
LM
与众所周知的有毒物质汞不同，镓基液态金属不仅对生物体无毒，而且具有优异的生物相容性，直接接触镓基液态金属不会引发任何免疫反应，也不会对生物体造成任何伤害
(Chen S,Zhao R,Sun X,Wang H,Li L,Liu J.Toxicity and biocompatibility of liquid metals.Adv Healthc Mater.2023
；
12(3):e2201924)
，故
LM
是制备柔性压力传感器的理想材料
。
[0005]尽管液态金属的出现一定程度上解决了柔性压力传感器电极可变形性
、
机械稳定性差的问题，但现有的柔性压力传感器由于其本身结构的限制一般都不能够满足适应复杂表面的需求，纤维基柔性压力传感器具有高拉伸性
、
高柔韧性和优秀的可变形性等在柔性传感领域中不可或缺的优点，故纤维基压力传感器受到了广泛的关注
。
传统的纤维基压力传感器一般都是简单的通过保护“鞘”层将导电“芯”层包裹起来，这样会导致压力传感纤维出现灵敏度低的问题
。
提高压力传感器的灵敏度的方法有很多，而改变有源层
(
在压力下变形并决定输出信号变化的层
)
的几何结构是一种成本低
、
制造方法简单的途径
。
[0006]为了让纤维基压力传感器更好的适用于运动
、
健康监测和传感等领域，从有源层改性入手，开发出一种具有线性度良好
、
灵敏度高的液态金属压力传感纤维，具有十分重要的意义
。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种液态金属压力传感纤维；本专利技术的目
的之二在于提供一种液态金属压力传感纤维的制备方法；本专利技术的目的之三在于提供一种液态金属压力传感纤维在运动
、
健康监测或传感方面的应用
。
[0008]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]1.
一种液态金属压力传感纤维，所述液态金属压力传感纤维从外到内依次为小孔弹性体层
、
大孔弹性体层
、
液态金属导电芯层的压力传感纤维；
[0010]所述小孔弹性体层中小孔的孔径为1～
99
μ
m
，所述大孔弹性体层中大孔的孔径为
232
～
200
μ
m
；
[0011]所述弹性体为能够进行湿法纺丝的弹性聚合物，所述液态金属包括但不限于镓
、
镓合金
、
铋或铋合金中的任意一种
。
[0012]优选的，所述弹性体包括但不限于聚酯树脂
、
聚酰胺树脂或纤维素及其衍生物
。
[0013]优选的，所述液态金属压力传感纤维的直径为
100
～
2000
μ
m
；
[0014]所述小孔弹性体层的厚度为
10
～
1500
μ
m
，所述大孔弹性体层的厚度为
101
～
1500
μ
m
，所述液态金属导线芯的直径为
10
～
1500
μ
m。
[0015]优选的，所述液态金属包括纯镓
、
镓铟合金
、
镓铟锡合金
、
镓铟锡锌合金
、
纯铋
、
铋铟锡合金中的任意一种或几种
。
[0016]2.
上述液态金属压力传感纤维的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0017](1)
制备中空纤维：以致孔剂与能够进行湿法纺丝的弹性聚合物溶液配制的混合液
、
单独的湿法纺丝弹性聚合物溶液
、
凝固浴液体依次作为外层纺丝液
、
中层纺丝液
、
内层纺丝液，分别以
0.01
～
0.5mL/min、0.01
～
0.5mL/min、0.01
～
0.5mL/min
的纺丝速率进行同轴湿法纺丝，纺丝完成后浸泡在凝固浴中1～
24h
至完全固化后，加热
、
超声使致孔剂完全溶解得到中空纤维，从外到内依次得到小孔弹性体层
、
大孔弹性体层和内部中空部分；
[0018](2)
制备压力传感纤维：将液态金属注入到步骤
(1)
中制备的中空纤维的内部中空部分中，封装后得到液态金属压力传感纤维
。
[0019]优选的，所述致孔剂与能够进行湿法纺丝的弹性聚合物的质量比为
99:1
～
1:1。
[0020本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种液态金属压力传感纤维，其特征在于，所述液态金属压力传感纤维从外到内依次为小孔弹性体层
、
大孔弹性体层
、
液态金属导电芯层的压力传感纤维；所述小孔弹性体层中小孔的孔径为1～
99
μ
m
，所述大孔弹性体层中大孔的孔径为
100
～
200
μ
m
；所述弹性体为能够进行湿法纺丝的弹性聚合物，所述液态金属包括但不限于镓
、
镓合金
、
铋或铋合金中的任意一种
。2.
根据权利要求1所述的液态金属压力传感纤维，其特征在于，所述弹性体包括但不限于聚酯树脂
、
聚酰胺树脂或纤维素及其衍生物
。3.
根据权利要求1所述的液态金属压力传感纤维，其特征在于，所述液态金属压力传感纤维的直径为
232
～
2000
μ
m
；所述小孔弹性体层的厚度为
10
～
1500
μ
m
，所述大孔弹性体层的厚度为
101
～
1500
μ
m
，所述液态金属导线芯的直径为
10
～
1500
μ
m。4.
根据权利要求1所述的液态金属压力传感纤维，其特征在于，所述液态金属包括纯镓
、
镓铟合金
、
镓铟锡合金
、
镓铟锡锌合金
、
纯铋
、
铋铟锡合金中的任意一种或几种
。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕永钢，汤家博，邹杨，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：