[發明專利]基于石墨烯納米墻觸覺傳感器的足底壓力監測系統

在審

• 申請號: 202010048600.0
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111256887A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 魏大鵬;楊俊;謝義;孫泰;史浩飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: G01L1/20
• 分類號: G01L1/20;A61B5/103;A61B5/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

1.一種基于石墨烯納米墻觸覺傳感器的足底壓力監測系統，其特征在于：包括足底壓力測量平臺、石墨烯納米墻觸覺傳感、充氣氣囊、信號采集單元、信號控制和處理單元和顯示器單元；

足底壓力測量平臺包括充排氣緩沖層、石墨烯納米墻傳感層和充氣氣囊調節層；人靜止站立在平臺上，陣列傳感器采集人體對足底壓力測量平臺的足底壓力信息；調用系統模型對壓力分布進行評估、圖像重建，根據模型結果調節充氣氣囊的充氣量調整人體足底受力分布，使人足底感到站立舒適，從而實現個性化鞋墊定制；

石墨烯納米墻由二維的石墨烯進行三維堆疊生長形成的具有三維結構的石墨烯材料；石墨烯納米墻由于其特殊的結構和特殊的力學性能和電學性能，在眾多的領域內都有應用；石墨烯納米墻觸覺傳感器是將石墨烯納米墻作為電極材料；

信號采集單元包括石墨烯納米墻觸覺傳感器陣列和行列掃描電路；石墨烯納米墻傳感器通過用戶對足底壓力大小的感知改變其電阻的大小，行列掃描電路通過不斷的掃面陣列傳感器的每個敏感單元的電阻值采集到初始信息；石墨烯納米墻傳感器包括石墨烯納米墻和叉指電極，行列掃描電路包括基本的放大電路和數模轉換部分；

信號控制與處理單元包括圖像恢復重建系統和氣囊控制調節系統，采集的用戶足底壓力信息，在信號處理單元進行圖像恢復重建，將恢復重建的正常足底壓力圖像在顯示器中顯示，同時在顯示器中顯示對用戶足部的健康評價，用于用戶的健康評估；氣囊調節系統根據系統的評估信號調節氣囊的氣量，用戶此時感覺到足部壓力的變化，調節的實時壓力圖像在顯示器中進行顯示；

所述氣囊調節系統位于測量平臺之中，能夠根據系統的重建信號對用戶的足底壓力分布進行改善，調節充氣量直到用戶感受到舒適的壓力分布；

鞋墊定制系統通過采集人站立在測量區平臺上的足底壓力圖像，系統模型能夠對足底壓力分布進行再分布，即是調整鞋墊腳形下的氣囊，不同的區域充氣量不一樣，壓力分布不一樣，實現個性化調節。

2.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯納米墻觸覺傳感器的足底壓力監測系統，其特征在于：所述觸覺傳感器的膜層結構至上而下為：PDMS彈性層-共形石墨烯納米墻薄膜-PDMS介電層-ZnO共形納米薄膜-PDMS介電層-Ag納米線底電極；ZnO共性納米薄膜的引入，表現為壓電特性，等效為壓力改變電容的介電常數效應。

3.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯納米墻觸覺傳感器的足底壓力監測系統，其特征在于：所述石墨烯納米墻是由二維的石墨烯進行三維堆疊生長形成的具有三維結構的石墨烯材料。

4.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯納米墻觸覺傳感器的足底壓力監測系統，其特征在于：所述石墨烯納米墻觸覺傳感器的制備過程利用光刻和濕法刻蝕工藝得到倒金字塔結構的硅片模板；利用PE-CVD在硅片模板表面生長GNWs；在生長了GNWs的硅襯底上旋涂一層PDMS后固化揭下，這樣就得到了帶有金字塔結構的GNWs/PDMS柔性電極。

5.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯納米墻觸覺傳感器的足底壓力監測系統，其特征在于：所述石墨烯納米墻觸覺傳感器在微觀結構上存在一個金字塔結構，傳感器在受到壓力的時候，金字塔塔尖部分被壓縮，增大了與電極的接觸部分，傳感器內部的電阻發生變化。

6.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯納米墻觸覺傳感器的足底壓力監測系統，其特征在于：所述石墨烯納米墻觸覺傳感器制作方法為：首先，采用在刻有金字塔型凹槽的鎳片上生長石墨烯納米墻，然后滴涂PDMS，固化后獲得石墨烯納米墻共形電極層；其次，在石墨烯納米墻表面旋涂一層約1微米厚的PDMS介電層；然后，通過真空熱蒸鍍方法在表面蒸鍍一層500nm厚的ZnO共形納米薄膜；最后，與表面旋涂有PDMS介電層的Ag納米線底電極面對面組裝，并固定，實現器件制備。