[發明專利]一種自供電式柔性壓力傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201811245449.9
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN111089664B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 蘇彬
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00;G01L9/00;A61B5/02
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發明屬于柔性電子與傳感器技術領域，公開了一種自供電式柔性壓力傳感器及其制備方法,傳感單元、與傳感單元配合的電極層；當外界介質或物體自身移動時，被探測的外界介質或物體使基于柔性電磁材料的傳感單元發生形變，在材料自身的電磁耦合作用下，產生感應瞬間電壓/電流；并通過與傳感單元配合的電極層輸出；外界介質包括空氣、水、振動波、聲波的機械波。本發明提出一種自供電式柔性壓力傳感器，應用在探測外界介質或物體的移動方面；本發明傳感器由于電磁相互作用的工作原理，靈敏度較高，可實現對下限為0.01％的傳感器應變時的電學監控。

技術領域

本發明屬于柔性電子與傳感器技術領域，尤其涉及一種自供電式柔性壓力傳感器及其制備方法。

背景技術

目前，業內常用的現有技術是這樣的：

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。

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。

在微電子和力敏材料技術高速發展的今日，大量新型具有多種功能和高度集成化的微型電子器件不斷被開發出來，并在人們日常生活的各個領域展現出前所未有的應用前景。

綜上所述，現有技術存在的問題是：

(1)現有的基于力敏材料制備的傳感器均需要提供匹配的外部電源，來驅動傳感器工作。受到傳感器電源的限制，這些傳感方法的應用范圍較窄，不能夠適用在環境惡劣的條件下，也難以長期獨立工作；而且對于隨機出現的工作需求，也需要長時間為傳感器接通電源，不滿足節約能源的要求。

現有技術中還存在如下問題：

當前力敏材料制備的傳感器其靈敏度較低，不適于監測人體脈搏、呼吸等信號；

柔性力敏傳感器需要外部電源供給，難以長期獨立工作。

解決上述技術問題的難度和意義：

力敏材料靈敏度低是現有技術解決的難題；

本發明解決上述技術問題后，帶來的意義為：

將有助于提高傳感器監控人體生理體征的能力，更好地檢測人體輕微的脈搏等信號，用于早起疾病的預測。解決需要提供獨立外部電源供給問題，將使得傳感器自身不需要外部電源供給，通過將人體運動產生的機械能轉化為電能，為傳感器提供能源，支持傳感器自身的工作，對延長傳感器的工作時間，低碳環保領域均有積極的意義。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種自供電式柔性壓力傳感器及其制備方法。本發明設計了一種新型靈敏度高、無需提供電源，就可以對外界介質(空氣、水、振動波、聲波等機械波)或物體自身的移動進行傳感的柔性力學傳感器。

本發明是這樣實現的，一種基自供電式柔性壓力傳感器，包括傳感單元，和與之配合的電極組成。

當外界介質(空氣、水、振動波、聲波等機械波)或物體自身移動時，所述被探測物體使得基于柔性電磁材料的傳感單元發生形變，從而在材料自身的電磁耦合作用下，產生感應瞬間電壓/電流。