(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210883848.8 (22)申请日 2022.07.26 (71)申请人 中国科学院上海硅酸盐研究所 地址 200050 上海市长 宁区定西路12 95号 (72)发明人 黄富强　任大勇　万颖杰　赵晨东　 张绍宁　 (74)专利代理 机构 上海瀚桥专利代理事务所 (普通合伙) 31261 专利代理师 曹芳玲　简丹 (51)Int.Cl. H01B 13/00(2006.01) H01B 5/14(2006.01) G01D 21/02(2006.01) C01G 23/00(2006.01) (54)发明名称 一种无基底柔性传感装置及其制备方法和 应用 (57)摘要 本发明提供一种无基底柔性传感装置及其 制备方法， 所述无基底柔性传感装置通过超长的 Na2Ti3O7纳米线制备， 再借助超长纳米线的良好 的柔韧性及成膜性能， 自组装形成一层自支撑的 纳米线网络感知层， 经过其表面电极的沉积， 实 现一种高性能无基底的柔性湿度传感器的制备。 本发明还提供一种所述的无基底柔性传感装置 或由所述制备方法制备的无基底柔性传感装置 在用于环 境湿度监测、 呼吸监测、 皮肤湿度监测、 尿布湿度状态监测和皮肤非接触式感应中的应 用。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 115171979 A 2022.10.11 CN 115171979 A 1.一种无基底柔性传感装置， 其特征在于， 包括由Na2Ti3O7纳米线自组装形成 自支撑网 络薄膜的湿度感知活性层和位于所述湿度感知活性层表面的插指电极。 2.根据权利要求1所述的一种无基底柔性传感装置， 其特征在于， 所述Na2Ti3O7纳米线 的直径为3 0‑300nm， 长度为3 0‑300 μm。 3.一种如权利要求1或2所述的无基底柔性传感装置的制备方法， 其特征在于， 包括如 下步骤： 步骤(1)， 提供Na2Ti3O7纳米线； 步骤(2)， 制备由步骤(1)的Na2Ti3O7纳米线自组装形成的自支撑网络薄膜； 步骤(3)， 在步骤(2)的自支撑Na2Ti3O7纳米线网络薄膜上制备一层插指电极。 4.根据权利要求3所述的制 备方法， 其特征在于， 步骤(1)中， 所述Na2Ti3O7纳米线的制 备方法包括： 将钛基前驱体氧化钛与结构导向剂分散于NaOH溶液中， 均匀分散后， 置于耐高 温高压密闭容器内， 在高温下保温一定时间， 冷却后得到所述的Na2Ti3O7纳米线。 5.根据权利要求4所述的制备方法， 其特征在于， 冷却后用水和乙醇分别洗涤2 ‑3次， 然 后烘干备用。 6.根据权利要求4所述的制备方法， 其特征在于， 所述钛基前驱体氧化钛选自P25、 锐钛 矿氧化钛、 金红石氧化钛、 S掺杂TiO2粉末、 TiO颗粒和 Ti3O5颗粒中的至少一种， 所述钛基前 驱体氧化钛的粒径优选为50nm ‑500 μm； 所述结构导向剂选自乙二胺四乙酸EDTA、 聚乙烯吡 咯烷酮PVP和聚环氧乙烷 ‑聚环氧丙烷 ‑聚环氧乙烷三嵌段共聚物PEO ‑PPO‑PEO中的至少一 种； 所述的NaOH的浓度为8 ‑12M； 在耐高温高压密闭容器中的保温温度为170 ‑220℃， 保温时 间为12h‑72h。 7.根据权利要求3所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(2)中的制备方法包括： 将步骤 (1)得到的Na2Ti3O7纳米线分散于去离子水中， 将均匀分散液用抽滤的方式组装成自支撑网 络薄膜， 去除滤膜后， 得到自支撑Na2Ti3O7纳米线网络薄膜。 8.根据权利要求3所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(3)中的制备方法包括： 在步骤 (2)得到的自支撑Na2Ti3O7纳米线网络 薄膜上覆盖插指电极形状的阴版掩模 版， 在其原 位形 成一层插指电极， 形成方法优选地包括真空蒸镀、 喷墨打印或丝网印刷， 所述插指电极的材 质优选地选自Au、 Ag、 Cr/Au、 石墨烯、 碳纳米管、 导电碳纤维和导电聚合物中的至少一种。 9.如权利要求1或2所述的无基底柔性传感装置或由权利要求3 ‑8任一项所述的制备方 法制备的无基底柔性传感装置在用于环境湿度监测、 呼吸监测、 皮肤湿度监测、 尿布湿度状 态监测和皮肤非接触式感应中的应用。 10.根据权利要求9所述的应用， 其特征在于， 所述无基底柔性传感装置的湿度监测范 围为11‑95％RH， 湿度响应时间为1 ‑10s， 恢复时间为1 ‑5s。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115171979 A 2一种无基底柔性传感装 置及其制备方 法和应用 技术领域 [0001]本发明属于柔性湿度传感器技术领域， 尤其涉及一种由Na2Ti3O7纳米线制备的无 基底柔性传感装置及其制备 方法和应用。 背景技术 [0002]对于呼吸、 以及皮肤表面的湿度检测已被证明是实现人体健康监测、 体征检测以 及人机交互等领域的重要媒介。 但是人体相关湿度检测对传感器有严格的要求， 如灵敏度 高、 响应和恢复快、 使用寿命长、 相对湿度的线性响应、 抗菌和轻薄。 湿度感知材料通过形状 变化、 电阻、 电容、 微波转导、 光学特性等来感知湿度。 在传感材料中， 一维纳米材料因其独 特的形貌特征而被认为是可穿戴湿度电子皮肤的明星候选材料。 例如， 较大 的比表面积可 以为水分子提供足够的吸附位点， 提高灵敏度； 纳米线之 间的多孔形貌可缩短响应/恢复时 间。 此外， 增强的长径比使传感器装置具有灵活性， 并与人体皮肤相适应， 为人体本身带来 良好的穿戴体验。 比如， Na2Ti3O7纳米线具有线性度好、 响应/恢复快等优点， 有望成为可穿 戴式湿度传感器的理想材料。 另一方面， Na2Ti3O7纳米线成本较低， 制造简单， 具有很大的实 际生产和应用潜力。 [0003]Na2Ti3O7纳米线材料最主要的制备方法是用含Ti化合物(主要为氧化物)作为前驱 体， 通过NaOH溶液的高温高压的碱热 处理进行生长。 其中， 辅助剂的种类和前驱体的种类及 粒径对Na2Ti3O7纳米线的形貌有重要影响。 不同粒径的前驱体颗粒的粒径会通过影响反应 过程中前驱体的反应速度从而影响纳米线的生长。 不同前驱体种类通过影响中间产物而影 响纳米线的形貌。 表面活性剂等添加剂直接作用于那纳米线的生长过程。 而纳米线的形貌 如长径比等对于材料的力学性能及成膜性能有决定性的影响。 然而， 现有方法制备的 Na2Ti3O7纳米线的长度及长径比仍未得到大幅提升， 也未能在柔 性湿度传感器上得以应用。 发明内容 [0004]针对上述问题， 本发明的目的在于提供一种无基底柔性传感装置及其制 备方法， 所述无基底柔性传感装置通过超长的Na2Ti3O7纳米线制备， 再借助超长纳米线的良好的柔 韧性及成膜性能， 自组装形成一层自支撑的纳米线网络感知层， 经过其表面电极的沉积， 实 现一种高性能无基底的柔 性湿度传感器的制备。 [0005]为实现上述目的， 本发明采用如下技 术方案： [0006]第一个方面， 本发明提供了一种无基底柔性传感装置， 包括由Na2Ti3O7纳米线自组 装形成自支撑网络薄膜的湿度感知活性层和位于所述湿度感知活性层表面的插指电极。 [0007]较佳地， 所述 Na2Ti3O7纳米线的直径为3 0‑300nm， 长度为3 0‑300 μm。 [0008]第二个方面， 本发明还提供一种如上所述的无基底柔性传感装置的制 备方法， 包 括如下步骤： [0009]步骤(1)， 提供Na2Ti3O7纳米线； [0010]步骤(2)， 制备由步骤(1)的Na2Ti3O7纳米线自组装形成的自支撑网络薄膜；说　明　书 1/5 页 3 CN 115171979 A 3