[发明专利]多层级银纳米线复合柔性运动传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种多层级银纳米线复合柔性运动传感器及其制备方法和应用。该方法包括将银纳米线墨水滴铸在等离子表面处理后的玻璃基板上，形成导电的银纳米线涂层；之后将乳液聚合物滴铸在玻璃基板上的所述银纳米线涂层上，随后在60～80度下固化，得到固化后的聚合物薄膜；最后将所述固化后的聚合物薄膜从所述玻璃基板上剥离，得到多层级银纳米线复合柔性运动传感器。该柔性传感器的银纳米线在表面分布更加均匀，与聚合物基底可以深度融合，鲁棒性有效提升，进一步通过调节银纳米线三维空间导电网络密度可以实现对肌肉、皮肤、关节等运动行为多层级检测，通过调节聚合物的网络结构实现自贴附等，逐步赋能，优势明显。

技术领域

本发明涉及柔性传感技术领域，具体涉及一种多层级银纳米线复合柔性运动传感器及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，先进的运动传感器在可穿戴设备、人机交互、人体健康检测、和柔性机器人方面有广泛的应用。复杂环境下运动行为高效感知是人机协同发展主要挑战。当前景深摄像技术、刚性惯性器件存在诸多瓶颈，迫切需要新一代复杂环境下柔性运动传感硬件技术，促进人机融合发展。银纳米线作为一种新型的纳米导电材料，具有优异的渗流性、导电性、透光性、耐拉伸和耐弯折性能，因此非常适合作为敏感电子材料，通过与高断裂伸长率弹性聚合物复合来制备柔性运动传感器。此外，柔性运动传感器的功能性也至关重要，单一功能的传感器导致的繁冗结构与系统，已经很难满足现在可穿戴设备复杂的应用场景，因此通过调节传感器的组成以及结构设计来实现多模柔性传感是未来先进柔性运动传感器的发展方向。

目前，在聚合物基银纳米线复合材料方面已有一些成果，例如：

CN107502017A发明一种银纳米线增强聚丙烯酸酯导电复合涂层及其制备方法，该发明通过常规物理共混的方法将已经制备的银纳米线分散到光固化型聚丙烯酸酯基体中来制备导电涂层，这种简单共混法需要分散大量的银纳米线才能获得具有高导电性的材料，很浪费材料，而且简单的物理共混分散不均匀从而导致表面电阻不均一，影响材料性能。这种银纳米线复合材料仅能实现导电功能，无法实现多层级柔性运动传感与人体电生理信息检测。

CN107655598B发明一种基于碳纳米管和银纳米线复合导电薄膜的柔性应力传感器，该发明用喷涂的方法将合成好的碳纳米管和银纳米线转移到PDMS柔性衬底上，再将另外一层PDMS薄膜盖在导电材料上，这种方法制备的柔性传感器导电层在绝缘材料中间无法与人体接触，因此无法获取人体肌电信号以及电生理信号。

CN111765910A发明了一种银纳米线嵌入PDMS的柔性电容传感器，该发明采用棒涂或刮涂的方式将银纳米线溶液涂敷在PDMS表面而构成电容传感器的上下级，中间使用具有微柱结构的PDMS作为介电层，从而构成简单的电容式传感器。这种传感器受制于结构因此只能实现单一的柔性传感功能。

CN110864828A发明了一种银纳米线/Mxene柔性应力传感器的制备方法，该发明只是简单的将导电材料封装在PDMS内部来制备柔性传感器，这种传感器只能实现简单的柔性应力应变传感，而无法实现多层级应力应变传感以及人体电生理信息检测。

当前，景深摄像技术与MEMS惯性器件是运动行为获取的主要途径。然而前者需要搭建高清摄像头平台，场景受限、成本较高；后者刚性的外观形态与柔性的人体组织模量差异较大，难以精、实时获取人体运动信息。此外，近年来推出的柔性应力应变传感器功能单一导致的繁冗结构与系统，无法同时实现人体电生理信息检测与多层级柔性应力应变传感，因此已经很难满足现在可穿戴设备复杂的应用场景。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种多层级银纳米线复合柔性运动传感器及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：