[发明专利]全纤维基自供电传感器

权利要求书

1.一种全纤维基自供电传感器，其特征在于，包括纤维基自发电单元、纤维基传感单元以及连接各单元间的纤维基导线；所述纤维基自发电单元、纤维基传感单元以及连接各单元间的纤维基导线通过针织、机织或非织编织技术一体化集成；

所述纤维基自发电单元包括纤维基P型发电区、纤维基N型发电区和电极；所述纤维基自发电单元的制备方法为在纤维或纱线基材长度方向上交替涂覆P型和N型热电材料，两者相邻间隔处制备电极，形成串联热电通路；

所述P型热电材料包括PEDOT:PSS和离子液体，用于提高自发电纱线的柔性、热电性及自发电稳定性；所述纤维基传感单元为纤维基物理信号传感单元或纤维基生化信号传感单元；

所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑鎓二氰铵盐；所述离子液体的添加量为PEDOT:PSS水溶液总质量的1～4wt％；所述PEDOT:PSS水溶液中还添加有所述PEDOT:PSS水溶液体积的5～10％的极性有机溶剂。

2.根据权利要求1所述的全纤维基自供电传感器，其特征在于，所述纤维基自发电单元，其机织织物组织包括基础纬重平组织、基础经重平组织、变化重平组织、方平组织、变化方平组织、透孔组织、蜂巢组织、凹凸组织、浮松组织、凸条组织中的一种或多种；针织织物组织包括罗纹组织、移圈组织、集圈组织中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的全纤维基自供电传感器，其特征在于，所述P型热电材料还包括无机热电材料和有机溶剂中的一种或多种；所述无机热电材料为Bi₂Te₃、CNT、Te、Ge中的一种或多种；所述有机溶剂为二甲基亚砜、乙二醇、丙三醇、四氢呋喃中的一种或多种；所述N型发电区段的热电材料包括康铜丝、PbTe、石墨烯、碳纳米管、富勒烯衍生物或乙醇与聚醚酰亚胺的混合溶液中的一种或多种；所述电极的电极材料包括银纳米线、导电银浆、金、铜、镍、钨中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述全纤维基自供电传感器，其特征在于，所述纱线基材包括天然纤维或合成纤维；所述纤维基导线包括金属丝铜丝、碳纤维、石墨烯纤维、棉/石墨烯混纺纤维、涤纶/石墨烯混纺纤维中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的全纤维基自供电传感器，其特征在于，所述物理信号传感单元包括温度传感单元、湿度传感单元和压力传感传感单元中的一种或多种；所述生化信号传感单元包括葡萄糖传感单元、乳酸传感单元、尿酸传感单元、多巴胺传感单元、蛋白质传感单元和离子传感单元中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的全纤维基自供电传感器，其特征在于，所述温度传感单元由包含温度传感层的纤维基材及其表面的电极组成，通过织物上下表面的温差，在厚度方向上形成电动势，实现温度传感功能；

所述湿度传感单元由包含湿敏层的纤维基材及其表面的电极组成，当湿敏层的湿度发生变化时，织物的电阻率和电阻值发生变化，实现湿度传感功能；

所述压力传感传感单元由包含压力传感层的纤维基材及其表面的电极组成，通过织物厚度方向上的压力造成的形变，产生厚度方向上的电阻变化，实现压力传感功能。

7.根据权利要求5所述的全纤维基自供电传感器，其特征在于，所述生化信号传感单元的制备方法包括：

S1.制备纤维基电极，再通过织造集成方式将一根栅电极和一根源漏电极集成在织物中，通过电解质将两根呈平行或相交的纤维基电极连接，制备得到纤维基晶体管；

S2.在所述纤维基晶体管的栅电极表面修饰生化信号敏感性材料，得到生化信号传感单元。

8.根据权利要求7所述的全纤维基自供电传感器，其特征在于，所述生化信号敏感性材料包括葡萄糖氧化酶、乳酸酶、尿酸酶、抗体、全氟磺酸类物质或壳聚糖中的一种或多种。

9.根据权利要求7所述的全纤维基自供电传感器，其特征在于，所述纤维基晶体管的沟道长度L为0.5～2mm，纤维基晶体管的沟道宽度W大于沟道长度，W为1～3mm，沟道电阻为50～200Ω，器件跨导值为70～200mS。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的全纤维基自供电传感器，其特征在于，在所述纤维基自供电单元与所述物理信号传感单元织造集成过程中，由若干串联的纤维基自供电单元组成的电源两端通过纤维基导线与物理信号传感单元两端串联；在所述纤维基自供电单元与所述生化信号传感单元织造集成过程中，由若干串联的纤维基自供电单元组成的电源两端通过纤维基导线与生化传感信号传感单元源、漏电极串联，另一由若干串联的纤维基自供电单元组成的电源通过纤维基导线与生化传感信号传感单元源、栅电极串联。