[发明专利]一种可拉伸的纱线传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种可拉伸的纱线传感器，其特征在于，包括弹性纱线和按照“S”型螺旋缠绕在所述弹性纱线表面的电极纱线；所述电极纱线包括敏感纤维、与所述敏感纤维两端相连接的电极线和包覆在所述敏感纤维和所述电极线表面的封装层；所述敏感纤维包括基体纤维以及涂覆在所述基体纤维表面的温敏材料或湿敏材料；所述纱线传感器以所述电极线为电极，以所述封装层为介电材料，通过所述敏感纤维电阻的变化来监测温度或湿度变化，且所述纱线传感器在拉伸弯曲变形的情况下，电阻信号不会产生变化；其中，所述封装层为所述介电材料多次涂覆与轧干形成。

2.根据权利要求1所述的可拉伸的纱线传感器，其特征在于，所述纱线传感器的最大伸长长度为所述纱线传感器长度的两倍，直径为5nm～2mm。

3.一种如权利要求1～2任意一项所述的可拉伸的纱线传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将所述温敏材料或湿敏材料涂覆在所述基体纤维表面，制得所述敏感纤维；

S2，将所述敏感纤维的两端均与所述电极线连接后，将所述介电材料涂覆到所述敏感纤维和所述电极线表面，形成所述电极纱线；

S3，将所述电极纱线缠绕在所述弹性纱线表面，得到可拉伸的所述纱线传感器。

4.根据权利要求3所述的可拉伸的纱线传感器的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述温敏材料选自石墨烯、碳纳米管、石墨粉、金属纳米线、金属纳米粒子、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和导电聚合物中的一种或多种；其中，所述导电聚合物选自PEDOT:PSS、聚苯胺和聚吡咯中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的可拉伸的纱线传感器的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述湿敏材料为高分子聚合物与导电材料的复合材料，或为金属氧化物湿敏电阻、硅湿敏电阻和陶瓷湿敏电阻中的一种；其中，所述高分子聚合物选自聚酰亚胺、聚苯乙烯和醋酸纤维素中的至少一种；所述导电材料选自炭黑、石墨烯、金属纳米粒子和金属纳米线中的一种或多种。

6.根据权利要求3所述的可拉伸的纱线传感器的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，与所述敏感纤维每端均与所述电极线具有5～15mm的重合区域。

7.根据权利要求3所述的可拉伸的纱线传感器的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述电极线为金属导电线，或为可涂覆的导电材料制成；其中，所述金属导电线的材质为金、银或铜；所述导电材料选自金属纳米粒子、金属纳米线、碳材料、导电高分子材料中的一种；所述碳材料选自无定型碳、石墨、碳纳米管和石墨烯中的一种；所述导电高分子材料选自聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺衍生物、聚噻吩衍生物和聚吡咯衍生物的中的一种或多种。

8.根据权利要求3所述的可拉伸的纱线传感器的制备方法，其特征在于在，步骤S2中，所述介电材料选自聚合物材料和生物蛋白质材料中的至少一种；所述聚合物材料选自聚二甲基硅氧烷、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、聚氨酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯及聚二甲基硅氧烷衍生物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯衍生物、聚氨酯衍生物、聚酰亚胺衍生物、聚氯乙烯衍生物和聚对苯二甲酸乙二醇酯衍生物中的一种；所述生物蛋白质材料选自蚕丝蛋白、羊毛角蛋白、牛血清蛋白、改性蚕丝蛋白、改性羊毛角蛋白和改性牛血清蛋白中的一种。

9.根据权利要求3所述的可拉伸的纱线传感器的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述弹性纱线为具有弹性及回弹性的聚合物材料。

10.根据权利要求3所述的可拉伸的纱线传感器的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述电极纱线缠绕在所述弹性纱线表面的步骤包括：

S31，将所述弹性纱线的两端固定在两个电动搅拌器的转杆上，所述电极纱线一端与所述弹性纱线的一端一起固定；

S32，开启所述电动搅拌器开关，将转速控制在250～350r/min，所述电极纱线以3～8s/cm的速度沿所述转杆轴向方向移动缠绕所述弹性纱线表面；

S33，使用透明防水胶固定所述电极纱线和所述弹性纱线的两端，得到所述纱线传感器。