[發明專利]一種皮革基力學傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202111160068.2
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113916414A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 魏大鵬;谷明信;唐甜
• 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: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙) 50211
• 代理人: 郭云;肖秉城

本發明公開了一種一種皮革基力學傳感器及其制備方法。所述皮革基力學傳感器，包括第一皮革和第二皮革，第一皮革的第一表面和第二皮革的第一表面均設置有激光碳化區，第一皮革的第一表面與第二皮革的第一表面相對設置，且第一皮革的激光碳化區與第二皮革的激光碳化區位置相對應；各激光碳化區通過導線制作的電極與外部連接；所述第一皮革和第二皮革的第一表面噴涂了易于碳化的高分子材料；通過對噴涂了易于碳化的高分子材料的第一皮革和第二皮革的第一表面進行激光碳化得到所述激光碳化區。皮革基力學傳感器通過激光碳化制備得到導電電路，不需要再鋪設其他導電功能材料，結構簡單，制備方法便捷，且材料易得、成本低、易降解。

技術領域

本發明涉及柔性傳感器領域，具體涉及一種皮革基力學傳感器及其制備方法。

背景技術

在柔性傳感器領域，常通過柔性基底材料(如聚合物、金屬薄片、玻璃薄片)來增加傳感器的柔性和彈性，但這些傳統基底材料生物兼容性差，難以滿足長時間舒適穿戴的要求。另外，為實現傳感器的高靈敏度常需要在其表面制備微納結構。而這種方法存在微納結構制備工藝復雜，基底材料生物兼容性差、不易降解等缺點。而皮革具有柔彈性、透氣性、穿戴舒適以及多級分層孔隙(nm-mm)的結構，將皮革制備為導電皮革使其作為柔性傳感器的基底材料，可以大大提高柔性傳感器的性能。

在導電皮革領域，傳統的制備方法是通過皮革表面涂飾(包括噴涂、旋涂、打印以及真空抽濾等)導電功能材料(包括碳納米管、石墨烯、金屬納米線、炭黑、導電聚合物等)，來改善皮革的導電性；導電皮革廣泛應用于電磁屏蔽、抗靜電、壓力傳感等應用場景。上述傳統的制備方法存在操作步驟復雜、涂飾功能材料價格昂貴等問題。激光碳化技術是新興的高效、規模化、無模成型的技術，利用光熱轉化現象，以激光作為光熱源碳化可以碳化的基體材料，如織物、皮革、羊毛、棉花、亞麻、蠶絲、聚酰亞胺、聚氨酯等。該技術屬于干法常溫常壓工藝，碳化響應時間毫秒級(ms)別，可以利用計算機輔助設計復雜的陣列圖樣，結合激光參數的可控調節，得到理想的導電皮革。激光碳化皮革的基本幾何單元或稱一個像素，可以是點、線、面或設計的圖案等，也可以組成碳化皮革陣列。激光碳化皮革可以作為傳感器的敏感和彈性元件，同時也可作為保護層直接與外界接觸。激光碳化皮革用于壓力傳感器具有廣闊前景。

激光碳化技術應用于壓力傳感器面臨如下主要的技術難題：(1)激光工藝將皮革纖維碳化形成導電網絡，但是碳化后皮革纖維會變脆，在大壓力作用下已造成損壞，可靠性是較大問題；(2)導電皮革纖維為孔隙結構，通過壓力作用下孔隙閉合形成新的導電位點，從而導電性能發生改變，實現力學傳感，但是孔隙結構較易閉合而導致器件易飽和，力學傳感量程較小，且閉合速率為非線性過程而導致器件非線性響應。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中所存在皮革壓力傳感器制備方法存在量程較小與非線性響應等不足，提供一種大量程線性程度高可靠性好的皮革基力學傳感器及其制備方法。

為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案：

一種皮革基力學傳感器，包括第一皮革和第二皮革，第一皮革的第一表面和第二皮革的第一表面均設置有激光碳化區，第一皮革的第一表面與第二皮革的第一表面相對設置，且第一皮革的激光碳化區與第二皮革的激光碳化區位置相對應；各激光碳化區通過導線制作的電極與外部連接；所述第一皮革和第二皮革的第一表面噴涂了易于碳化的高分子材料；通過對噴涂了易于碳化的高分子材料的第一皮革和第二皮革的第一表面進行激光碳化得到所述激光碳化區。

優選地，所述第一皮革的第一表面和第二皮革的第一表面均為皮革的絨面。

優選地，所述第一皮革和第二皮革的激光碳化區為碳化皮質纖維網絡結構，纖維網絡內部填充有氧化硅納米球顆粒。

優選地，所述激光碳化區的形狀是矩形、圓形、帶形或其他不規則形狀。

優選地，所述皮革基力學傳感器包括多個激光碳化區，多個激光碳化區成矩陣陣列、圓形陣列、或其他規則/不規則的陣列排布。