[发明专利]一种监测人体活动的智能导电纱线及其应用、制备方法

说明书

技术领域

本发明属于智能可穿戴材料制备领域，尤其涉及一种监测人体活动的智能导电纱线及其应用、制备方法。

背景技术

随着智能可穿戴技术的飞速发展，监测人类生理状况的可弯曲、可拉伸、具有回弹性的智能可穿戴电子产品越来越受到科研人员的重视。最具代表性的拉伸应变传感器通过将传感器的机械变形转化为可以检测到的电信号，其原理是通过传感器中导电纳米材料在拉伸形变过程中的重组排列所导致的传感器本身电阻率的变化间接反映所受外作用力的变化。这类传感器具有广阔的应用前景，有望实现运动员的动作监测、远程在线监测病人体征、人机交互等。

相比较其他类型的织物拉伸应变传感器，纱线基的拉伸应变传感器具有以下优势：（1）可以通过机织、针织、编织等方式整合进服装；（2）分布式的拉压力容易测量；（3）非侵入式的设计可以减少对人体皮肤的刺激。尽管已出现一些纱线基的拉伸应变传感器，但这些传感器都存在制备过程复杂、成果高、重复性差的缺点。

发明内容

本发明目的在于针对现有的拉伸应变传感器的缺陷，提供一种制备方法简单、重复性高、环境友好的监测人体活动的智能导电纱线及其应用、制备方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种监测人体活动的智能导电纱线，其特征在于：所述导电纱线为表面磁控溅射有金属纳米颗粒的弹性包芯纱。

其进一步特征在于：所述金属纳米颗粒为金纳米颗粒、银纳米颗粒或铜纳米颗粒。

所述弹性包芯纱外层为棉纤维或粘胶短纤，芯层为氨纶锦纶弹性复合长丝。

一种上述的监测人体活动的智能导电纱线的应用，其特征在于：利用拉伸伸长弹性包芯纱导致金属纳米颗粒的排列重组所引起的导电纱线电阻率变化来间接反应人体关节活动变化。

一种上述的监测人体活动的智能导电纱线的制备方法，其特征在于：使用磁控溅射方法在弹性包芯纱表面沉积金属纳米颗粒。

优选的：所述磁控溅射反应条件为磁控溅射功率为40w，真空度为8.9×10^-4，溅射气体为高纯氩气，溅射气压为0.8Pa，溅射时间为30-50分钟。

本发明具有制备方法简单、重复性高、环境友好等特点，为研究开发新型的监测人体活动的智能纱线提供了技术支持，在智能可穿戴领域具有很好的应用前景。

附图说明

图1 为本发明所使用的磁控溅射的原理图。

图2 为本发明所制备智能导电纱线电阻率随外力作用变化的机理图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

取一段20cm弹性包芯纱线伸长拉直贴于铁质基材表面，使用金靶作为磁控溅射靶材，控制磁控溅射功率为40w，真空度为8.9×10^-4，溅射气体为高纯氩气，溅射气压为0.8Pa，溅射时间为30分钟；结束后取出表面沉积有纳米金的导电弹性包芯纱，将该导电纱线附于人体手腕关节处，外接台式万用表监测纱线电阻率大小随手腕弯曲变化，绘制智能导电纱伸长度与电阻率关系图，即制得监测手腕运动的智能导电纱线。

实施例2

取一段25cm弹性包芯纱线伸长拉直贴于铁质基材表面，使用银靶作为磁控溅射靶材，控制磁控溅射功率为40w，真空度为8.9×10^-4，溅射气体为高纯氩气，溅射气压为0.8Pa，溅射时间为50分钟；结束后取出表面沉积有纳米银的导电弹性包芯纱，将该导电纱线附于人体手肘关节处，外接台式万用表监测纱线电阻率大小随手肘弯曲变化，绘制智能导电纱伸长度与电阻率关系图，即制得监测手肘运动的智能导电纱线。

实施例3

取一段20cm弹性包芯纱线伸长拉直贴于铁质基材表面，使用铜靶作为磁控溅射靶材，控制磁控溅射功率为40w，真空度为8.9×10^-4，溅射气体为高纯氩气，溅射气压为0.8Pa，溅射时间为40分钟；结束后取出表面沉积有纳米铜的导电弹性包芯纱，将该导电纱线附于人体膝关节处，外接台式万用表监测纱线电阻率大小随手肘弯曲变化，绘制智能导电纱伸长度与电阻率关系图，即制得监测膝盖运动的智能导电纱线。

实施例4