[发明专利]一种可自愈合电阻式应变传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种可自愈合电阻式应变传感器及其制备方法和应用。该制备方法是首先将镍海绵在氧化石墨烯分散液中浸泡‑吹扫‑干燥循环多次，得到氧化石墨烯包覆的镍海绵；利用溴化氢和硫脲对氧化石墨烯包覆的镍海绵进行刻蚀和还原，洗涤和干燥后，得到三维中空的巯基化石墨烯骨架；将石墨烯骨架置于银纳米线的分散液中浸泡‑干燥循环多次后得到高导电的银纳米线负载石墨烯骨架，接上电极，置于灌注可自愈合的功能化聚氨酯的溶液中，干燥，得可自愈合电阻式应变传感器。本发明制备的电阻式应变传感器，对外部应变刺激表现出优异的灵敏度、响应速度和循环稳定性，且在断裂后表现出良好的自愈合性能，可用于检测各种人体运动。

技术领域

本发明涉及一种电阻式应变传感器，具体涉及一种可自愈合电阻式应变传感器及其制备方法和应用。

背景技术

外部刺激作用于传感器产生形变时，通过改变电阻式应变传感器内部导电通路结构进而引起电阻变化，因此可以通过仪器检测电阻变化并建立与形变的关系模型。与电流式、电容式应变传感器相比，电阻式传感器由于其更简单的制备工艺，成本低廉以及更方便的信号采集机制，被广泛应用于仿生电子皮肤、交互式可穿戴设备、医疗保健监控、智能机器人等领域。

近年来，随着5G物联网、人机虚拟现实、医疗监测、智能家居等新兴产业的快速发展，可用于上述产业的各种柔性可穿戴设备也不断地被开发出来。然而，作为其数据采集核心模块的应变传感器却都表现出了明显的“短板”。例如，Wang等人利用石墨烯海绵和聚二甲基硅氧烷制备了超灵敏的应变传感器，灵敏系数高达1000，然而拉伸率不到10％，导致其实际应用受到严重限制。此外，过高的灵敏度使得传感器极易受到其他因素的干扰，得到的响应曲线“噪音”增多，反而会影响检测结果的准确性，并导致处理“噪音”所需隐性成本的上升(Wang Y,Wang L,Yang T,Li X,Zang X,Zhu M,Wang K,Wu D,Zhu H.Wearable andhighly sensitive graphene strain sensors for human motion monitoring.AdvancedFunctional Materials,2014,24,4666-4670)。

Amjadi等人通过喷涂工艺制备出多壁碳纳米管和Ecoflex弹性体的复合薄膜，双层叠加固化后得到可拉伸的应变传感器，拉伸率超过100％，然而其灵敏系数仅有2.5，且应变传感器的响应速度慢(Amjadi1 M,Yoon Y J,Park I.Ultra-stretchable and skin-mountable strain sensors using carbon nanotubes-Ecoflexnanocomposites.Nanotechnology,2015,26,375501)。Wang等人通过雾化喷涂技术在柔性基材聚乙烯醇上制备了液态合金图案得到表皮应变传感器，但该传感器的制造过程复杂且成本高昂。此外，液态合金发生泄漏或处理不当对人体和环境具有潜在的危害(Wang B,WuK,Hjort K,Guo C,Wu Z.High-performance liquid alloy patterning of epidermalstrain sensors for local fine skin movement monitoring.Soft Robotics,2019,6,414-421)。