【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于柔性传感器，尤其是涉及一种抗菌、透气、疏水和自清洁型仿生纤维触觉传感器及其制备方法和应用。
技术介绍
1、信息技术与物联网的快速发展增加了对智能传感设备的需求。与人类皮肤类似的柔性传感器因其具有与环境交互、机器人协作和健康监测的能力而得到广泛的应用。然而，大多数报道的传感器都是基于固体或不可渗透的聚合物基底，长期佩戴会导致皮肤出现瘙痒、炎症等问题，严重影响佩戴舒适度。此外，传感器中存在非生物相容性材料和残留的有毒化学物质可能会在长期使用过程中对皮肤造成严重的损伤。因此，迫切需要制备一种同时具有透气性和生物相容性的柔性传感器，以满足人体运动检测和植入式电子设备的严格要求。基于纤维的触觉传感器则具有良好的透气和与智能服装易于集成的特性。然而，纤维基材具有天然的吸水性，这使得设计的传感器在长时间佩戴后容易受到汗水或水的影响。因此，迫切需要开发一种疏水性传感器，这对于延长其使用寿命和扩大其应用范围至关重要。因此，研制出基于纤维结构的传感器且具有抗菌、透气和疏水性能，这对于获得人类舒适的可穿戴运动检测至关重要。
技术实现思路
1、有鉴于此，为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器，同时提供了其制备方法和应用。通过采用纤维作为基底与具有高度稳定结构的zif-67、高导电及抗菌性能的ag nws、以及超疏水硬脂酸sta集成，得到电极层；采用含有丰富阴阳离子、高稳定性的离子液体混合溶液得到双面具有不同微结构的电解质层，其中一面为通孔和凸起组
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、本专利技术一方面提供了一种抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器，包括：
4、zif-67/ag nws/sta纤维电极层，所述zif-67/ag nws/sta纤维电极层以纤维为基底，负载zif-67后，双面涂覆ag nws，再由sta对一面疏水改性后得到；
5、il/pvdf电解质层，所述il/pvdf电解质层中负载有离子，一面为通孔和凸起组合型微结构，另一面为仿章鱼吸盘结构；
6、所述zif-67/ag nws/sta纤维电极层有两个，分别贴附于所述il/pvdf电解质层的两个面上，所述zif-67/ag nws/sta纤维电极层未疏水改性的一面朝向所述il/pvdf电解质层。
7、在本专利技术的一些优选的仿生纤维触觉传感器的实施方式中，所述zif-67/ag nws/sta纤维电极层是由纤维于2-甲基咪唑、六水合硝酸钴以及甲醇的混合溶液中，通过原位生长法负载zif-67后，双面涂覆ag nws溶液，干燥后，再于一面上喷涂疏水性sta溶液，干燥后，制备得到。
8、在本专利技术的一些优选的仿生纤维触觉传感器的实施方式中，所述2-甲基咪唑、六水合硝酸钴以及甲醇的混合溶液中，2-甲基咪唑与六水合硝酸钴的摩尔比为2～3：5～15，2-甲基咪唑在甲醇中的摩尔浓度为0.25～1mol/l。
9、在本专利技术的一些优选的仿生纤维触觉传感器的实施方式中，所述ag nws溶液的浓度为4～7mg/ml
10、在本专利技术的一些优选的仿生纤维触觉传感器的实施方式中，所述疏水性sta溶液中sta和水的质量比为1：100～125。
11、在本专利技术的一些优选的仿生纤维触觉传感器的实施方式中，所述il/pvdf电解质层是将含有离子液体的混合溶液涂覆于设有多个圆形孔的砂纸上，烘干后剥离得到。
12、在本专利技术的一些优选的仿生纤维触觉传感器的实施方式中，所述含有离子液体的混合溶液中[emim][tfsi]、p(vdf-hfp)、dmf的质量比为5～28:7～8.5:65～85。
13、在本专利技术的一些优选的仿生纤维触觉传感器的实施方式中，所述圆形孔的直径为3～4mm。
14、本专利技术另一方面提供了一种抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器的制备方法，包括如下步骤：
15、s1、制备zif-67/ag nws/sta纤维电极层
16、将纤维置于2-甲基咪唑、六水合硝酸钴以及甲醇的混合溶液中，通过原位生长法将zif-67负载到纤维上，得到zif-67纤维；将ag nws溶液涂覆于zif-67纤维的两个面上，干燥后得到zif-67/ag nws纤维；将硬脂酸溶液喷于zif-67/ag nws纤维的一个面上，干燥后得到所述zif-67/ag nws/sta纤维电极层；
17、s2、制备il/pvdf电解质层
18、在砂纸上切出多个圆形孔，再将含有离子液体的混合溶液涂覆于砂纸表面，烘干后剥离得到所述il/pvdf电解质层；
19、s3、在s2制备的il/pvdf电解质层的两个面上涂抹il/pvdf溶液作为胶水，再在il/pvdf电解质层的两个面上分别黏附s1制备的zif-67/ag nws/sta纤维电极层，干燥后得到所述仿生纤维触觉传感器；其中zif-67/ag nws/sta纤维电极层未疏水改性的一面朝向il/pvdf电解质层。
20、zif-67/ag nws/sta纤维电极层是将具有良好柔性的纤维置于2-甲基咪唑、六水合硝酸钴以及甲醇的混合溶液中，通过原位生长法将zif-67负载到纤维，不仅保留了其固有的纤维结构，而且赋予了其优异的抗菌性能和微纳结构，再将具有高导电及抗菌性能的ag nws溶液涂覆于zif-67纤维上，使纤维形成导电通路，并且纵横交叉的ag nws有助于减小电极与电解质层之间的初始接触面积，从而增加传感器的性能(如灵敏度和检测范围)，同时进一步的增加抗菌性能，之后再喷具有疏水性能的硬脂酸sta，提升传感器的疏水性和自清洁性能；
21、il/pvdf电解质层是将含有离子液体的混合溶液涂覆于经激光切割机处理过的砂纸表面后通过烘干工艺剥离后获得，该工艺不仅可以保证电解质的一面具有不同等级高度的通孔结构，而且另一面具有似章鱼吸盘结构，有效减小了电极与电解质之间的初始接触面积，从而提高了传感器的灵敏度与回弹性。
22、在本专利技术的一些优选的仿生纤维触觉传感器制备方法的实施方式中，所述s1中，2-甲基咪唑、六水合硝酸钴以及甲醇的混合溶液中，2-甲基咪唑与六水合硝酸钴的摩尔比为2～3：5～15，2-甲基咪唑在甲醇中的摩尔浓度为0.25～1mol/l；ag nws溶液的浓度为4～7mg/ml；硬脂酸溶液中sta和水的质量比为1：100～125。
23、在本专利技术的一些优选的仿生纤维触觉传感器制备方法的实施方式中，所述s2中，含有离子液体的混合溶液中[emim][tfsi]、p(vdf-hfp)、dmf的质量比为5～28:7～8.5:65～本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器，其特征在于：所述ZIF-67/Ag NWs/STA纤维电极层是由纤维于2-甲基咪唑、六水合硝酸钴以及甲醇的混合溶液中，通过原位生长法负载ZIF-67后，双面涂覆Ag NWs溶液，干燥后，再于一面上喷涂疏水性STA溶液，干燥后，制备得到。
3.根据权利要求2所述的抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器，其特征在于：所述2-甲基咪唑、六水合硝酸钴以及甲醇的混合溶液中，2-甲基咪唑与六水合硝酸钴的摩尔比为2～3：5～15，2-甲基咪唑在甲醇中的摩尔浓度为0.25～1mol/l；
4.根据权利要求1所述的抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器，其特征在于：所述IL/PVDF电解质层是将含有离子液体的混合溶液涂覆于设有多个圆形孔的砂纸上，烘干后剥离得到。
5.根据权利要求4所述的抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器，其特征在于：所述含有离子液体的混合溶液中[EMIM][TFSI]、
6.根据权利要求4所述的抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器，其特征在于：所述圆形孔的直径为3～4mm。
7.一种抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器的制备方法，其特征在于：所述S1中，2-甲基咪唑、六水合硝酸钴以及甲醇的混合溶液中，2-甲基咪唑与六水合硝酸钴的摩尔比为2～3：5～15，2-甲基咪唑在甲醇中的摩尔浓度为0.25～1mol/l；Ag NWs溶液的浓度为4～7mg/mL；硬脂酸溶液中STA和水的质量比为1：100～125。
9.根据权利要求7所述的抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器的制备方法，其特征在于：所述S2中，含有离子液体的混合溶液中[EMIM][TFSI]、P(VDF-HFP)、DMF的质量比为5～28:7～8.5:65～85；圆形孔的直径为3～4mm。
10.权利要求1到6任一项所述的抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器、或权利要求7到9任一项所述的制备方法制备的抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器的用途，其特征在于：所述仿生纤维触觉传感器在可穿戴设备、物体识别中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器，其特征在于：所述zif-67/ag nws/sta纤维电极层是由纤维于2-甲基咪唑、六水合硝酸钴以及甲醇的混合溶液中，通过原位生长法负载zif-67后，双面涂覆ag nws溶液，干燥后，再于一面上喷涂疏水性sta溶液，干燥后，制备得到。
3.根据权利要求2所述的抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器，其特征在于：所述2-甲基咪唑、六水合硝酸钴以及甲醇的混合溶液中，2-甲基咪唑与六水合硝酸钴的摩尔比为2～3：5～15，2-甲基咪唑在甲醇中的摩尔浓度为0.25～1mol/l；
4.根据权利要求1所述的抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器，其特征在于：所述il/pvdf电解质层是将含有离子液体的混合溶液涂覆于设有多个圆形孔的砂纸上，烘干后剥离得到。
5.根据权利要求4所述的抗菌、透气、疏水、自清洁型仿生纤维触觉传感器，其特征在于：所述含有离子液体的混合溶液中[emim][tfsi]、p(vdf-hfp)、dmf的质量比为5～28:7～8.5:65～85。
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟垂舟，孙桂芬，王鹏，张争艳，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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