本发明属于柔性传感器领域，更具体地，涉及一种柔性多功能传感器的制备方法及应用。
背景技术：
1、传感器作为能够提供实时信息的感知设备已经被广泛应用于生活及生产实践中，在实现信息处理系统与外界联系沟通过程中发挥了不可替代的作用，传统传感器利用半导体、金属氧化物等刚性敏感材料进行制备，随着仿生科技、智能机器人、医疗健康监测和人机交互等领域的发展，拉伸、弯折及扭转等复杂机械且形变性能较差的传统电子传感器件已经不能满足应用需求。因此，由柔性材料制备的、具备良好延展性能的柔性传感器件成为研究的重点。
2、近年来，柔性传感器以其高柔韧性、高贴合性及良好的佩戴体验成为目前科研及产业界的重要研究对象，在电子皮肤、可穿戴设备、便携医疗监测、身体运动跟踪以及仿生机器人等领域引起了广泛关注。目前出现了一系列柔性传感器材料，例如基于纳米结构并具有良好导电性的碳纳米材料，具有高灵敏度和良好导电性的zno和sno2等非过渡金属氧化物，因其独特三明治层结构而具备优异导电性、亲水性的mxene材料，以及具有π-共轭、低成本、印刷兼容性、溶液可加工性和重量轻等特性的有机半导体材料，均被用于柔性传感器的制备，极大地拓宽了柔性传感器的材料选择。
3、随着柔性传感器及电子皮肤等相关研究的不断深入，多功能柔性传感器集成技术成为研究重点之一。多功能传感器一般是基于传感器的多功能化进行设计，根据制备工艺可将传感器的多功能集成分为多个传感器的直接集成和单一传感器的多功能化两种类型。单一传感器使其具备多功能化是基于融合不同传感功能的材料或者是依据材料本身多物理量敏感效应，进行高密度、多功能的集成，简化了制备流程，但因为材料自身的敏感能力有限，且当多种物理量敏感的特性复合在一起会存在不兼容、互相影响的问题，影响传感器进一步的功能扩展。传感材料的复杂特性和结构的高度集成不能对物体信号选择性测试，复杂的工作环境使其使用受到限制。将不同传感器进行直接集成，其中的单个传感器又呈现比较简单的性能，选择性对外界物理信号进行响应。但当集成单元很多时，由于各种传感器的工作原理、结构形式、敏感材料互不相同,使得集成系统具有十分复杂的结构和工艺流程，实际应用中的可靠性也面临着极大的挑战。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺点或改进需求，本发明提供了一种柔性多功能传感器的制备方法及应用，整体工艺简单，操作方便，成本较低；
2、本发明提供的柔性多功能传感器，包括薄膜状电阻式温度传感器以及三维状电容式压力传感器。所述薄膜状电阻式温度传感器设置于上下两层，三维状电容式压力传感器设置于中间层；
3、所述薄膜状温度传感器的长度为2cm，宽度为1cm；
4、所述三维状压力传感器的长度为2cm，宽度为1cm，厚度为1cm；
5、本发明所述的柔性多功能传感器的制备方法包括以下步骤：
6、(1)采用改进的静电纺丝分层工艺一体化技术制备薄膜状温度传感材料及三维状压力传感材料；
7、(2)将传感材料进行热处理，得到柔性多功能传感材料。将柔性多功能传感材料进行封装，得到具有温度和压力传感功能的柔性多功能传感器。
8、步骤(1)的具体操作为：
9、(1)将1.2g聚丙烯腈(pan)、8.8g n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、0.3g氯化铝(alcl3)和0.05g硅酸粉末(h2sio3)水热搅拌混合均匀，得到制备薄膜状温度传感材料的纺丝溶液；
10、(2)将1.2g聚丙烯腈(pan)、8.8gn-n二甲基甲酰胺(dmf)和0.3g氯化铝(alcl3)水热搅拌混合均匀，得到制备三维状压力传感材料的纺丝溶液；
11、(3)基于改进的静电纺丝分层工艺一体化技术，在温度20℃，空气相对湿度40％的条件下，将用于制备温度传感材料的纺丝溶液加入注射器中，接收辊筒距离注射器针头180mm，高压电源正极接入注射器针头，负极接入接收辊筒，设置纺丝电压为15kv，溶液推进速度0.5ml/h，辊筒旋转速度120rad/min，纺丝时间持续2h，得到温敏材料；随即切换装有制备压力传感材料的纺丝溶液的注射器，在温度20℃，空气相对湿度25％，接收辊筒距离注射器针头200mm、纺丝电压15kv，溶液推进速度0.5ml/h，在温敏材料上继续无间断纺丝，纺丝时间持续4h，得到温敏-压敏材料；然后切换装有制备温度传感材料的纺丝溶液的注射器，温度20℃，空气相对湿度40％，纺丝电压为15kv，溶液推进速度0.5ml/h，继续无间断在温敏-压敏材料上进行纺丝，纺丝时间持续2h，得到温敏-压敏-温敏材料；
12、所述的改进的静电纺丝分层工艺一体化技术，本发明采用改进的静电纺丝设备，使用双针头设计，任意时刻两注射器都工作在对立的工况，因此只要精准控制时间切换发射注射器，即可通过静电纺丝技术制备独立多层结构，且层厚可调的柔性材料。
13、步骤(2)的具体操作为：
14、将温敏-压敏-温敏材料进行60℃，3h的初步预氧化，然后进行200℃，2h的进一步氧化；管式炉提前加热到800℃，将材料放入管式炉中，保持10min，使下层温敏材料碳化后将材料翻转后重复上述步骤得到上层温敏材料被碳化，同时由于碳化时间较短使得中间的压敏材料尽量保持未被碳化状态，最终得到柔性多功能传感材料；
15、将柔性多功能传感材料进行封装，得到具有温度和压力传感功能的柔性多功能传感器。对柔性多功能传感器进行温度和压力等测试。
16、所述传感器感受到温度变化时，上下两层的薄膜状温度传感器的电阻发生变化，通过测量所述传感器电阻的变化获得该传感器受到的温度变化；
17、当所述传感器受到压力、拉力或被导体靠近时，三维状柔性压力传感器的电容发生变化，通过测量所述传感器电容的变化获得该传感器受到的压力、拉力或导体与所述传感器之间的距离的大小。
18、本发明具有以下特点和优点：
19、(1)本发明采用改进的静电纺丝分层一体化工艺，制备了集温度和压力于一体的柔性多功能传感器，将其分别在温度和压力条件下进行测试，测试表明该柔性多功能传感器可以表现出独立的传感性能，只对特定的条件有反应，基本不受其他条件的干扰；
20、(2)基于静电纺丝分层一体化工艺制备的柔性多功能传感器具有良好特性，进一步证明了开发的一体化制备工艺的有效性；
21、(3)基于上述柔性多功能传感器的性能研究，可实现在电子皮肤、运动追踪、健康监测与可穿戴电子设备中的应用。
1.一种柔性多功能传感器，其特征在于，包括薄膜状电阻式温度传感器以及三维状电容式压力传感器，所述薄膜状电阻式温度传感器设置于上下两层，三维状电容式压力传感器设置于中间层。
2.根据权利要求1所述的柔性多功能传感器，其特征在于，薄膜状温度传感器的长度为2cm，宽度为1cm。
3.根据权利要求1所述的柔性多功能传感器，其特征在于，三维状压力传感器的长度为2cm，宽度为1cm，厚度为1cm。
4.一种权利要求1所述的柔性多功能传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的柔性多功能传感器的制备方法，其特征在于，本发明采用改进的静电纺丝设备，使用双针头设计，任意时刻两注射器都工作在对立的工况，因此只要精准控制时间切换发射注射器，即可通过静电纺丝技术制备独立多层结构，且层厚可调的柔性材料。
6.根据权利要求4所述的柔性多功能传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)的具体操作为：
7.根据权利要求4所述的柔性多功能传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)的具体操作为：首先将温敏-压敏-温敏材料进行60℃，3h的初步预氧化，然后进行200℃，2h的进一步氧化；管式炉提前加热到800℃，将材料放入管式炉中，保持10min，使下层温敏材料碳化后将材料翻转后重复上述步骤得到上层温敏材料被碳化，同时由于碳化时间较短使得中间的压敏材料尽量保持未被完全碳化状态，最终得到柔性多功能传感材料。
8.根据权利要求4所述的柔性多功能传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)还包括：对柔性多功能传感材料封装电极制备集温度与压力传感功能于一体的柔性多功能传感器，进行温度、压力测试和应用测试。
9.根据权利要求8所述的柔性多功能传感器的制备方法，其特征在于，对所述柔性多功能传感器的温度、压力测试，包括响应测试、重复性测试和独立传感特性测试等。
10.根据权利要求8所述的柔性多功能传感器的制备方法，其特征在于，柔性多功能传感器的应用测试，包括手指按压、弯曲测试，呼气测试和吞咽测试等。