[發明專利]一種一體式皮革基柔性應變傳感器及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202111162717.2
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113701619A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 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: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 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

本發明公開一種一體式皮革基柔性應變傳感器及其制備方法和應用，包括皮革，其特征在于，皮革包括原始層和碳化層，所述碳化層的兩端分別設置有電極，所述電極通過導線與外部連接。該傳感器可以檢測人類關節運動、機器人關節等產生的拉伸、扭曲、彎折、形變，可應用于柔性機器人、機器人靈巧手、可穿戴電子設備、假肢等領域；同時制備方法簡單、材料易得、成本低、易降解、制作高效、無模成型、便于工業化規模制作。

技術領域

本發明涉及柔性傳感、可穿戴電子、導電皮革的交叉技術領域，特別涉及一種一體式皮革基柔性應變傳感器及其制備方法和應用。

背景技術

皮革是世界上最重要的材料之一，由于其具有生物相容性好、易降解、分層立體多孔結構、能呼吸，且材料豐富、易得、耐用，經常被用來做衣服、鞋子、帽子、手套、床椅坐墊、箱包等。

為拓展皮革的應用，通常在皮革的表面涂飾(包括噴涂、旋涂、打印、真空抽濾等)不同的導電功能材料(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，應用于電磁屏蔽、抗靜電、壓力傳感等。但這些方法存在操作步驟復雜、涂飾的導電功能材料價格昂貴等問題。

激光碳化技術是新興的高效、規?；o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，碳化時間毫秒級，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，因此激光碳化皮革用于壓力傳感器具有廣闊前景。但激光碳化天然材料的工藝存在碳化后纖維易碎、易脫落、制作的傳感器件可靠性穩定性不高、檢測范圍不寬等問題。

發明內容

針對現有技術中皮革基柔性應變傳感器可靠性較低的問題，本發明提出一種一體式皮革基柔性應變傳感器及其制備方法和應用，通過在皮革表面制絨和真空均勻碳化的方式制作傳感器，并在傳感器表面澆筑保護膜，從而提高傳感器的穩定性和可靠性。

為了實現上述目的，本發明提供以下技術方案：

一種一體式皮革基柔性應變傳感器，包括皮革，所述皮革包括原始層和碳化層，所述碳化層的兩端分別設置有電極，所述電極通過導線與外部連接。

優選的，還包括覆蓋在碳化層表面的保護層，采用高分子聚合物彈性材料，高分子聚合物彈性材料包括但不限于聚氯乙烯、聚氨酯、聚對苯二甲酸而乙醇脂、聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺，優選為聚氯乙烯。

碳化層通過激光燒蝕技術使皮革中的膠原蛋白、膠原纖維、膠原纖維簇等進行碳化，作為傳感器的敏感元件；

原始層為未被激光碳化的真正皮革，作為傳感器的彈性元件，也起到保護作用。

電極及導線設置于碳化皮革層層的兩端，包括金屬電極、有機導電材料中的一種。金屬電極包括金電極、銀電極、銅電極等中的一種；有機導電材料包括聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)，聚吡咯(PPy)，聚苯胺(PANI)等中的一種。優選金屬銀電極。

在一些實施方式中，皮革為豬皮、羊皮、牛皮、馬皮、驢皮、兔皮等中的一種。優選羊皮。

在一些實施方式中，羊皮是山羊皮、綿羊皮中的一種，牛皮是黃牛皮、水牛皮、牦牛皮中的一種。優選綿羊皮。

在一些實施方式中，皮革是頭層皮、二層皮中的一種。優選頭層皮。

在一些實施方式中，皮革是藍濕皮革、天然皮革、輕革、重革中的一種。優選藍濕皮革。

本發明還提供一種一體式皮革基柔性應變傳感器的制備方法，具體包括以下步驟：

S1：將皮革通過切片機將切成厚度0.5-3mm，得到不同厚度的第一皮革；