压力传感器及其制备方法和在牙齿平整度检测中的应用

本发明涉及压力传感器及其制备方法和在牙齿平整度检测中的应用，属于传感。

背景技术：

1、牙齿畸形是龅牙、牙齿拥挤、错颌、牙齿间隙等口腔健康问题。牙齿畸形不仅会影响个体的外貌，还可能引发咬合不准确、咀嚼困难等一系列问题。

2、牙科专家评估患者的牙齿畸形情况的主要手段是临床检查和影像学技术，如x射线和3d扫描。这些方法存在时间消耗长、精确度不高的问题。

3、随着纳米材料的迅速发展，纳米线传感器应运而生，纳米线传感器具有高灵敏度、高响应速度和小尺寸等优点，可用于实时监测和测量各种物理和化学量。

4、因此，本技术提出压力传感器及其制备方法和在牙齿平整度检测中的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供压力传感器及其制备方法和在牙齿平整度检测中的应用，能够提高压力传感器的灵敏度，并检测牙齿平整度。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、一方面，本发明提供一种压力传感器的制备方法，包括以下步骤：

4、a利用浓硫酸和浓硝酸对碳纳米管进行化学修饰处理，并利用化学修饰后的碳纳米管制备碳纳米管感应层；

5、b制备两个聚二甲基硅氧烷柔性保护层；

6、c以聚二甲基硅氧烷柔性保护层为基层，利用导电银浆、铜线和银纳米线制备两个银纳米线电极层，两个银纳米线电极层分别贴合在对应的聚二甲基硅氧烷柔性保护层上，其中，银纳米线电极层中的银纳米线有序排列；

7、d基于热压技术，将一个银纳米线电极层的自由面与碳纳米管感应层的一侧贴合，将另一个银纳米线电极层的自由面与碳纳米管感应层的另一侧贴合，获得压力传感器。

8、进一步的，步骤a包括以下步骤：

9、a1将浓硫酸和浓硝酸混合，并将碳纳米管超声分散在浓硫酸和浓硝酸的混合液中，获得混合物，将混合物冷却到室温后，将混合物进行稀释、过滤处理，获得化学修饰后的碳纳米管；

10、a2将化学修饰后的碳纳米管超声分散在乙醇中后，将化学修饰后的碳纳米管乙醇溶液喷涂在衬底并烘干，获得碳纳米管感应层。

11、进一步的，所述浓硫酸的浓度为98wt％；

12、进一步的，步骤a1中，浓硝酸的浓度为70wt％；

13、进一步的，步骤a1中，浓硫酸和浓硝酸的摩尔比为3:1；

14、进一步的，步骤a1中，碳纳米管与混合液的质量体积比为1:100g/ml；

15、进一步的，步骤a1中，超声分散过程中，超声波频率为40khz，分散时间为10h；

16、进一步的，步骤a1中，稀释过程中，去离子水与混合液的体积比为10:1；

17、进一步的，步骤a1中，过滤过程中，过滤膜的孔径为0.2μm；

18、进一步的，步骤a2中，化学修饰后的碳纳米管与乙醇的质量体积比为1:40g/ml；

19、进一步的，步骤a2中，乙醇的浓度为45wt％；

20、进一步的，步骤a2中，超声分散过程中，超声波频率为50khz，分散时间为10min。

21、进一步的，步骤b包括以下步骤：

22、b1将聚二甲基硅氧烷的a胶和b胶均匀混合，获得pdms溶液；

23、b2除去pdms溶液中的气泡后，将pdms溶液旋涂在玻璃基底上，并风干固化获得聚二甲基硅氧烷柔性保护层。

24、进一步的，步骤c包括以下步骤：

25、c1利用硝酸银、乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮以及氯化铜乙二醇溶液制备银纳米线；

26、c2将银纳米线松散有序地排列在聚二甲基硅氧烷柔性保护层上；

27、c3将导电银浆喷涂在聚二甲基硅氧烷柔性保护层上并覆盖聚二甲基硅氧烷柔性保护层上的银纳米线后，将导线一侧包埋在导电银浆中并烘干，获得银纳米线电极层。

28、进一步的，所述银纳米线的长度与直径比为2x103；

29、进一步的，所述银纳米线的长度为100μm；

30、进一步的，所述银纳米线的直径为50nm；

31、进一步的，步骤c1过程中，氯化铜乙二醇溶液中氯化铜与乙二醇的质量体积比为1:1x103g/ml；

32、进一步的，步骤c1过程中，硝酸银与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:1；

33、进一步的，步骤c1过程中，硝酸银与氯化铜乙二醇溶液的质量体积比为1:2g/ml；

34、进一步的，步骤c1过程中，硝酸银与乙二醇的质量体积比为1:40g/ml；

35、进一步的，步骤c3过程中，硝酸银与导电银浆的质量比为5:4；

36、进一步的，步骤c3过程中，导线为铜线，铜线一端包埋在导电银浆中，铜线另一端自由设置；

37、进一步的，步骤c3过程中，烘干过程中，烘干温度为160℃，烘干时间为30min。

38、进一步的，步骤d过程中：

39、热压温度约100℃；

40、热压压力为10n/mm2；

41、热压时间为5min。

42、进一步的，所述聚二甲基硅氧烷柔性保护层、银纳米线电极层以及碳纳米管感应层的厚度比为：10：8：3；

43、进一步的，所述聚二甲基硅氧烷柔性保护层的厚度为50μm；

44、进一步的，所述银纳米线电极层的厚度为40μm；

45、进一步的，所述碳纳米管感应层的厚度为15μm。

46、另一方面，本发明提供一种压力传感器，所述压力传感器采用上所述的压力传感器的制备方法获得；

47、所述压力传感器包括碳纳米管感应层；

48、所述碳纳米管感应层两侧均设有银纳米线电极层，各银纳米线电极层上均设有聚二甲基硅氧烷柔性保护层；

49、其中，银纳米线电极层中的银纳米线有序排列。

50、另一方面，本发明提供一种压力传感器在牙齿平整度检测中的应用，所述压力传感器为上述的压力传感器的制备方法获得的压力传感器或上述的压力传感器；

51、基于压阻效应，唇齿间作用力使压力传感器的阻值发生变化，根据阻值变化的大小判断牙齿的平整度。

52、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

53、化学修饰能够给碳纳米管的外壁附上大量含氧官能团，以削弱碳纳米管之间范德瓦尔斯力，使得碳纳米管感应层更容易在微小应力下发生可恢复的弹性形变，且附着性好，因此，本发明制备的碳纳米管感应层的压阻效应在一定的形变范围内具有良好的重复性和稳定性。

54、此外，碳纳米管经过化学修饰之后，能够获得更大的压阻因子，使得碳纳米管对外部微小应力更加敏感，由于经过化学修饰，本发明制备的碳纳米管感应层具有良好的导电性能和压阻效应，能够作为感应介质将压力变化转变为阻值变化。

55、本发明聚二甲基硅氧烷柔性保护层为柔性材料，因此适宜应用于检测牙齿平整度装置上。本发明制备的银纳米线电极层具有有序排列的银纳米线，使得作为电极材料的银纳米线电极层具有更佳的导电性能和良好的韧性。

56、基于压阻效应，当施加或撤销压力或外力作用于本发明的压力传感器时，压力传感器的碳纳米管感应层3因外力变化会发生形变，碳纳米管感应层3的形变导致其电子结构和载流子运动发生改变，从而使碳纳米管感应层3的电阻发生变化，因此本发明的压力传感器能有通过电阻的变化检测压力的变化。

57、本发明的压力传感器在牙齿平整度检测中的应用时，能够通过各压力传感器的碳纳米管感应层3受到的压力引起的阻值变化来判断每颗牙齿的状态以及整口牙齿的平整度。