[發明專利]一種柔性傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201810021363.1
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108318162B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 劉川;韓宋佳;劉春瑞
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22
• 代理公司: 11624 北京卓嵐智財知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 任漱晨<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明實施例提供了一種柔性傳感器及其制備方法，所述傳感器包括兩層柔性襯底、電極和傳感層，兩層柔性襯底之間具有封閉管道空腔，所述封閉管道空腔內包含傳感層，所述傳感層由導電固體和導電液體組成，或者由導電固體和金屬薄膜組成，所述電極與傳感層連通并向外延伸出柔性襯底的邊界；所述傳感器制備方法包括，在硬質基底上制備管道空腔結構，在管道空腔涂覆液化的導電固體或柔性襯底板，形成管道空腔結構，粘貼電極后用另一導柔性襯底封裝后，注入導電液體，得到傳感器。所述傳感器靈敏度高，可拉伸率高，耐受性強，可應用于可穿戴的電子設備，可對人臉表面，肢體運動，脈搏，呼吸等多種生命信號迅速響應。

技術領域

本發明涉及應變傳感器技術領域，具體涉及一種可穿戴的柔性傳感器。

背景技術

可穿戴的電子設備可以完成與人體的互動并對其進行長期的監測，近年來受到了廣泛的關注。迄今為止，已經制備出柔性傳感器與衣服相結合，或者直接與皮膚接觸的電子皮膚從而實現對人體的物理、化學、生物以及所處環境狀態的實時監測。可穿戴的電子設備對設置于其中的傳感器的要求較高，這類傳感器必須滿足高效率、高可拉伸性、柔性、持久性、低功耗、生物耐受性和輕便等要求，電子皮膚對傳感器要求更為苛刻，拉伸率ε>100％。當人們在活動膝蓋、手指等關節部位時，不僅需要傳感器感知外界對其加載力的大小，同是需要檢測關節等部位轉動的角度和拉伸的長度。

力敏材料是力學傳感器感受外界力學變化最常用的敏感材料，主要用于測量壓力、速度、拉伸等力學量。當受到外力作用時，力學傳感器將力學信號轉換為電學信號(電阻、電容或電壓等)。目前，最常用的力敏材料主要有金屬應變電阻材料、半導體應變電阻材料、合金應變電阻材料、石英晶體材料、精密陶瓷材料等，但這些材料都缺乏柔性，并不能彎曲，從而不能應用于柔性傳感器，覆蓋于人體表面。為了滿足柔性的要求，現有技術中的力學傳感器多采用復合導電材料，特別是填充型導電高分子材料，這種復合材料主要是向高分子聚合物中加入導電材料復合而成。

在實現本發明過程中，發明人發現現有技術中至少存在如下問題：第一，當柔性傳感器滿足了拉伸率的要求，可用于可穿戴的電子設備時，其靈敏度較低，不適于監測人體脈搏、呼吸等信號；第二，當柔性傳感器滿足了靈敏度的要求，其拉伸率大大降低，生物耐受力差，不能應用于可穿戴的電子設備。

發明內容

本發明實施例提供了一種柔性傳感器及其制備方法，提供了一種具有高靈敏度和大拉伸率的傳感器，可用于可穿戴的電子設備，并可以直接陣列作為電子皮膚監測人體生命運動。

第一方面，本發明實施例提供了一種柔性傳感器，所述柔性傳感器包括：兩層柔性襯底，電極，傳感層，所述兩層柔性襯底之間具有封閉管道空腔，所述封閉管道空腔內包含有傳感層，所述電極與傳感層連通并向外延伸出柔性襯底的邊界。

第二方面，本發明實施例提供了一種柔性傳感器的制備方法，所述方法包括：

通過圖形化工藝在硬質基底表面制備管道空腔模板；

將導電固體材料的分散液經過超聲分散后，均勻地涂覆在管道空腔模板的表面；

在硬質基底和導電固體的表面均勻涂覆一層液化的柔性襯底材料；

當液化的柔性襯底材料固化后，將柔性襯底和導電固體一體的從硬質基底上剝離，所述導電固體形成管道空腔形狀；

在管道空腔處粘連電極并用另一層柔性襯底封裝；

在管道空腔內注入導電液體并封裝處理。

第三方面，本發明實施例提供了另一種柔性傳感器的制備方法，所述方法包括：

通過圖形化工藝在硬質基底表面制備管道空腔模板；

在硬質基底表面均勻涂覆一層液化的柔性襯底材料；