[发明专利]一种柔性织物传感器结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性织物传感器结构及其制备方法，涉及柔性传感器技术领域。本发明提供的一种柔性织物传感器结构及其制备方法，通过以涤纶纤维长丝和石墨烯纤维长丝并线得到混合导线纱线，采用1+1罗纹结构，NP值区间为[8.8,9.3)，线圈横密度区间为(57.0,61.0]纵行/10cm，线圈纵密度区间为[56.7,60.7)横列/10cm的编织参数编织得到柔性织物传感器结构，通过编织结构的选择以及编织密度的设计克服纬平针织物与罗纹织物在传感性能上的缺陷，从而解决现有柔性织物传感器结构无法兼具良好的响应灵敏度和响应稳定性的技术问题，使得制得的柔性织物传感器结构能够兼具良好响应灵敏度和响应稳定性。

技术领域

本发明涉及柔性传感器技术领域，特别涉及一种柔性织物传感器结构及其制备方法。

背景技术

近年来，随着远程医疗和移动监护需求的不断提高，可穿戴生理监测设备的研究进展迅速。传统的硬件传感器，因刚度大、敏感性低、传感范围小（5%）等缺陷极大限制了其在智能可穿戴领域的应用。而柔性织物传感器具有质量小、柔性好、可拉伸、舒适性好等特性，在智能可穿戴领域具有独特的优势。

织物根据编织方式通常分为机织物和针织物两种，其中，针织物因其特殊的线圈结构而具有良好的柔软性、延伸性、弹性及恢复性等性能，故被广泛用于柔性织物传感器的研制。柔性织物传感器的制作方法有涂敷法和编织法，其中，涂敷法是将高分子导电聚合材料以模压、沉积、印花等形式加工到织物表面，制备的柔性织物传感器灵敏度高、线性度好、测量范围广，其缺点是不耐摩擦和洗涤，重复性和耐用性较差。而编织法是将导电纱线直接编织到织物中，与涂敷法相比，用编织法制备的柔性织物应变传感器具有较高的灵敏度和线性度，织物弹性贴身、手感好，耐用性、耐洗涤性良好，是用于人体监测等智能服装的柔性织物传感器的更优选择。

目前，编织法制备柔性织物传感器主要采用针织纬编技术，纬编针织传感器主要采用纬平针组织和罗纹组织两种结构，织物结构的导电机理符合六角线圈电阻模型，其中包含2个纱线间接触电阻和3个纱线长度电阻，线圈的相互串套连接构成一个复杂的导电网络，使得织物在受力拉伸过程中，由于织物结构的改变导致纱线间接触电阻和长度电阻的改变，进而引起织物电阻的相应变化。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术存在以下技术问题：

不同组织结构的织物对拉伸应变的响应不同，相同制备材料前提下，纬平针织物传感器的响应灵敏度比罗纹织物传感器高，但稳定性不及罗纹织物好，柔性织物传感器无法兼具良好的响应灵敏度和响应稳定性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种柔性织物传感器结构及其制备方法，用于解决现有柔性织物传感器无法兼具良好响应灵敏度和响应稳定性的技术问题，本发明经过大量创造性实验研究，以涤纶纤维长丝和石墨烯纤维长丝并线得到混合导线纱线，采用1+1罗纹结构以及适当的编织密度参数编织得到柔性织物传感器结构，使得制得的柔性织物传感器结构能够兼具良好响应灵敏度和响应稳定性。本发明的技术方案如下：

根据本发明实施例的第一个方面，提供一种柔性织物传感器结构，其特征在于，所述柔性织物传感器结构由混合导电纱线采用1+1罗纹结构编织所得，所述混合导电纱线为6根石墨烯纤维长丝与8根涤纶纤维长丝并线所得，所述导电针织物的NP值区间为[8.8,9.3)，线圈横密度区间为(57.0,61.0]纵行/10cm，线圈纵密度区间为[56.7,60.7)横列/10cm。

优选的，所述导电针织物的NP值为9.0，线圈横密度为59.8纵行/10cm，线圈纵密度为58.8横列/10cm。

优选的，所述石墨烯纤维长丝为FDY，线密度为80D/36f，电阻率为2.2×10⁴Ω·mm。

优选的，所述涤纶纤维长丝为FDY，线密度为83D/24f。

根据本发明实施例的第二个方面，提供一种柔性织物传感器结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：