[發(fā)明專利]一種柔性壓力傳感器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611162115.6
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106580256B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張瑩瑩;王琪
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;G01L1/00;B82Y30/00;B82Y40/00;B82Y15/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 湯財寶

本發(fā)明提供一種柔性壓力傳感器及其制備方法，所述柔性壓力傳感器包括由上至下依次疊放的上柔性基材、上碳化納米纖維膜、下碳化納米纖維膜以及下柔性基材；其中，所述上碳化納米纖維膜和下碳化納米纖維膜之間設(shè)置兩條向外延伸的引線。本發(fā)明具有超高的靈敏度和透光性，可用于人體微弱生理信號的實時監(jiān)測，且該壓力傳感器采用天然生物質(zhì)材料，制備工藝簡單，具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及柔性壓力傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，基于高靈敏度、低成本的可穿戴力學(xué)傳感器引起了人們的廣泛關(guān)注。柔性力學(xué)傳感器可貼附于人體皮膚或集成在可穿戴設(shè)備中，實現(xiàn)對人體健康的實時檢測，如心率、脈搏、發(fā)聲等。作為人類聲音捕捉和人機交互等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。其中，壓力傳感器是最為普遍的一種。現(xiàn)有的壓力傳感器通常分為四類，晶體管式、電容式、壓電式、電阻式壓力傳感器。其中晶體管式需要復(fù)雜的器件組裝過程，壓電式壓力傳感器的檢測范圍相對較窄且靈敏度較低，電容式壓力傳感器易受電容耦合的干擾。而壓電式傳感器器件組裝過程簡易、靈敏度高且無遲滯效應(yīng)，作為可穿戴器件有著潛在的應(yīng)用價值。

傳統(tǒng)的壓阻式壓力傳感器通常是由具有微結(jié)構(gòu)設(shè)計的非導(dǎo)電性的彈性多聚物基底和導(dǎo)電層構(gòu)成。其中利用施加壓力過程中，使多聚物基底產(chǎn)生變形而改變導(dǎo)電層電阻，通過輸出電流信號的變化來測試外加壓力大小。雖然這種壓阻式壓力傳感器可以實現(xiàn)高靈敏度、快速響應(yīng)等性能，但帶有微結(jié)構(gòu)的多聚物基底設(shè)計通常需要印模、轉(zhuǎn)印、刻蝕等多步操作過程，制備流程復(fù)雜。為實現(xiàn)高靈敏度的檢測要求，多種納米材料被應(yīng)用作為導(dǎo)電層材料，如碳納米管、石墨烯、金屬納米線，但這些材料制備過程復(fù)雜、成本高、難以批量合成，且碳納米管等材料的生物毒性還未確定，故不適合應(yīng)用于人體可穿戴設(shè)備。

蠶絲作為一種天然的生物材料，具有來源廣泛、環(huán)境友好、與人體生物兼容性好的優(yōu)良特性，收到了越來越多的廣泛關(guān)注。而利用成熟的靜電紡絲技術(shù)，可得到形貌均勻、高比表面積的蠶絲納米纖維膜，通過高溫?zé)崽幚硎蛊湫纬删哂懈邔?dǎo)電性的石墨化微晶，可作為壓力傳感器的功能層材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的柔性壓力傳感器及其制備方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種柔性壓力傳感器，包括由上至下依次疊放的上柔性基材、上碳化納米纖維膜、下碳化納米纖維膜以及下柔性基材；

其中，所述上柔性基材和下柔性基材分別附有一條向外延伸的引線，且任意一條引線與且只與所在柔性基材上的碳化納米纖維膜接觸。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種柔性壓力傳感器的制備方法，包括：

S1、以絲素蛋白甲酸溶液為紡絲液，基于靜電紡絲儀在基底上制備蠶絲納米纖維膜；

S2、對所述蠶絲納米纖維膜在惰性氣氛或者惰性氣氛為主的氣氛或者真空氣氛中進行碳化處理，獲得碳化納米纖維膜；

S3、將兩層所述碳化納米纖維膜分別轉(zhuǎn)移在兩片柔性基材的表面，并在所述兩片碳化納米纖維膜上分別附著一根向外延伸引線；以及

S4、將兩片附有引線的柔性基材上的碳化納米纖維膜相對覆蓋，任意一條引線與且只與所在柔性基材上的碳化納米纖維膜接觸，即得成品。

本申請?zhí)岢鲆环N柔性壓力傳感器及其制備方法，利用蠶絲制備蠶絲納米纖維膜，進一步通過碳化處理獲得形成具有高導(dǎo)電性的石墨化微晶，作為壓力傳感器的功能層材料，本柔性壓力傳感器具有超高的靈敏度和透光性，可用于人體微弱生理信號的實時監(jiān)測，且該壓力傳感器采用天然生物質(zhì)材料，制備工藝簡單，具有很好的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的柔性壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的柔性壓力傳感器的生產(chǎn)工藝流程圖；