[發(fā)明專利]氧化鋅復(fù)合PDMS材料柔性可穿戴應(yīng)變傳感器及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011084435.0
• 申請(qǐng)日: 2020-10-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112205969A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 計(jì)紅軍;趙長(zhǎng)垚;張琳;周昌杰;丁家慧;祝溫泊;李明雨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）
• 主分類號(hào): A61B5/00
• 分類號(hào): A61B5/00;C08J5/18;C08L83/04;C08K3/22;C08K7/00
• 代理公司: 深圳市添源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44451
• 代理人: 羅志偉

本發(fā)明提供了一種氧化鋅復(fù)合PDMS材料柔性可穿戴應(yīng)變傳感器及其應(yīng)用，該氧化鋅復(fù)合PDMS材料柔性可穿戴應(yīng)變傳感器包括基底層、具有表面微結(jié)構(gòu)的氧化鋅復(fù)合PDMS的摩擦層，所述基底層、具有表面微結(jié)構(gòu)的氧化鋅復(fù)合PDMS的摩擦層外設(shè)有封裝外層；所述基底層上設(shè)有柔性透明電極，所述柔性透明電極采用金屬納米線制備得到；所述具有表面微結(jié)構(gòu)的氧化鋅復(fù)合PDMS的摩擦層位于基底層上；所述氧化鋅復(fù)合PDMS的摩擦層中，所述氧化鋅摻入進(jìn)PDMS材料。本發(fā)明的技術(shù)方案，利用氧化鋅的摻入提高了傳感器的靈敏度和輸出功率。且該傳感器實(shí)現(xiàn)了人體信號(hào)采集與電能輸出一體化，有效避免了一次性電池帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于柔性電子器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氧化鋅復(fù)合PDMS材料柔性可穿戴應(yīng)變傳感器及自供電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來(lái)，柔性可穿戴設(shè)備的發(fā)展迅速，已逐漸進(jìn)入人們生活的方方面面。市場(chǎng)中已出現(xiàn)大量可穿戴設(shè)備用于運(yùn)動(dòng)健身、人體監(jiān)測(cè)和移動(dòng)通信等，如小米手環(huán)、華為手表具有記錄步數(shù)、心率和監(jiān)測(cè)睡眠質(zhì)量等功能，這些可穿戴設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控人們的各項(xiàng)生理指標(biāo)，幫助人們及時(shí)了解自己的健康狀況。柔性應(yīng)變傳感器作為柔性可穿戴設(shè)備的重要部分，通過(guò)各種功能的電子設(shè)備模仿人類皮膚的基本功能，如感知發(fā)音、心跳脈搏、運(yùn)動(dòng)等，受到人們廣泛關(guān)注和研究，然而柔性可穿戴應(yīng)變?cè)O(shè)備的發(fā)展還處于初期階段，隨著生活質(zhì)量的普遍提高，人們對(duì)健身運(yùn)動(dòng)、健康監(jiān)測(cè)、人機(jī)互動(dòng)等有了進(jìn)一步需求，對(duì)柔性可穿戴設(shè)備的便攜性、實(shí)用性以及使用功能上也有了更高的要求。

據(jù)目前研究，柔性可穿戴設(shè)備的重要組成部分—柔性應(yīng)變傳感器主要基于四類：壓電式傳感器、壓阻式傳感器、電容式傳感器與摩擦納米發(fā)電機(jī)。人們根據(jù)壓阻效應(yīng)和電容效應(yīng)等傳感器原理開(kāi)發(fā)了一系列機(jī)械傳感器，并獲得廣泛應(yīng)用。目前柔性可穿戴應(yīng)變傳感器面臨著兩大問(wèn)題。其一，隨著人們對(duì)于傳感器精度，準(zhǔn)確度的要求，高靈敏度依舊是研究的重點(diǎn)；其二，采用一次性電池和充電電池供電，會(huì)降低便攜性、同時(shí)帶來(lái)使用壽命、電池回收、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜等一系列問(wèn)題。

基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的應(yīng)變傳感器因其效率高、重量輕、成本低、環(huán)境友好、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛的關(guān)注。該器件既可以采集人體日常生活中產(chǎn)生的低頻機(jī)械能量，通過(guò)整流橋儲(chǔ)存電能，或直接為小功率器件供電。同時(shí)，還可以通過(guò)輸出的電壓的頻率、峰值等感知運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以通過(guò)產(chǎn)生的電信號(hào)，監(jiān)測(cè)步頻、心率、脈搏、和呼吸頻率等身體的生理信息，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變傳感。該器件達(dá)到信號(hào)采集、信號(hào)輸出、電能儲(chǔ)存一體化的功能。由于其具備傳感和供電兩大功能，因此提高靈敏度和輸出性能仍是研究的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種氧化鋅復(fù)合PDMS材料柔性可穿戴應(yīng)變傳感器及其應(yīng)用，通過(guò)摻入氧化鋅提高了傳感器的靈敏度和輸出功率。達(dá)到了人體信號(hào)采集與電能輸出一體化的目的，有效避免了一次性電池帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。對(duì)此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種氧化鋅復(fù)合PDMS材料柔性可穿戴應(yīng)變傳感器，其包括基底層、具有表面微結(jié)構(gòu)的氧化鋅復(fù)合PDMS的摩擦層，所述基底層、具有表面微結(jié)構(gòu)的氧化鋅復(fù)合PDMS的摩擦層外設(shè)有封裝外層；

所述基底層上設(shè)有柔性透明電極，所述柔性透明電極采用金屬納米線制備得到；

所述具有表面微結(jié)構(gòu)的氧化鋅復(fù)合PDMS的摩擦層位于基底層上；

所述氧化鋅復(fù)合PDMS的摩擦層中，所述氧化鋅摻雜進(jìn)PDMS材料內(nèi)。