[發(fā)明專利]一種仿生多功能傳感器及其制備方法、應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210629501.0
• 申請(qǐng)日: 2022-06-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115014438B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉建偉;陳誠(chéng);李新林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D21/02
• 分類號(hào): G01D21/02;G01D11/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 劉穎

本發(fā)明涉及可穿戴傳感器技術(shù)領(lǐng)域，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N仿生多功能傳感器及其制備方法、應(yīng)用，該傳感器包括柔性電路板和多孔熱電薄膜，所述多孔熱電薄膜呈條狀且傾斜設(shè)置于柔性電路板上，所述的多孔熱電薄膜長(zhǎng)度方向兩端與柔性電路板的電路導(dǎo)電連接。本發(fā)明提供的上述仿生多功能傳感器，能同時(shí)感知熱源靠近、溫度、壓力、氣流以及高頻震動(dòng)；而且該傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其制備流程也非常簡(jiǎn)單，具有全自動(dòng)化、機(jī)械化生產(chǎn)的潛力，同時(shí)對(duì)這些信號(hào)的感知具有卓越的表現(xiàn)，這將使其在仿生機(jī)器人、智能監(jiān)測(cè)以及人機(jī)界面等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可穿戴傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種仿生多功能傳感器及其制備方法、應(yīng)用。

背景技術(shù)

可穿戴設(shè)備是一種可以安裝在人、動(dòng)物和物品上，并能感知、傳遞和處理信息的設(shè)備，傳感器是可穿戴設(shè)備的核心器件?？纱┐鞯膫鞲衅鲝V泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療健康以及日常家居中，推動(dòng)了人機(jī)交互、高性能機(jī)器人和健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展。其中，壓力、應(yīng)變、溫度、震動(dòng)以及風(fēng)速傳感器等在過(guò)去十年受到廣泛的關(guān)注。在提高傳感器靈敏度、響應(yīng)時(shí)間、測(cè)試范圍和耐疲勞性的同時(shí)，如何將多種傳感功能集于一體也成為了一個(gè)重要研究方向。研發(fā)良好的多功能傳感設(shè)備，將極大程度的拓展對(duì)周圍環(huán)境等的感知能力，同時(shí)也能降低傳感設(shè)備的使用面積和制造成本。

近來(lái)，有文獻(xiàn)(Advanced?Materials，2019年，31卷，36期，1902831頁(yè))報(bào)道，利用熱釋電材料鈦酸鋇制備傳感器陣列檢測(cè)溫度，同時(shí)也可以檢測(cè)震蕩的壓力。也有文獻(xiàn)(NatureCommunications，2020年，11卷，1期，1-10頁(yè))報(bào)道了一種利用鎳顆粒和PVDF-HFP混合制備的自愈合海綿，其可實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力和靠近的感知。另有文獻(xiàn)(Science?Advances，2020年，6卷，45期，eabd0202頁(yè))報(bào)道，將心電圖傳感器、溫度傳感器、聲學(xué)以及運(yùn)動(dòng)傳感器全部集成在一張自愈合彈性薄膜上，來(lái)達(dá)到對(duì)這些信號(hào)的感知。

但是，這些報(bào)道的傳感設(shè)備中，要么檢測(cè)的信號(hào)較少，僅為雙功能感知，不足以滿足日漸提高的需求；要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜，產(chǎn)生過(guò)多且密集的線路，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)讀取時(shí)間產(chǎn)生更多的延遲，而且也需要更多的外接端口。因此，如何得到一種多功能感知、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等綜合性能更加優(yōu)異的傳感器，已成為該領(lǐng)域的研究者亟需解決的問(wèn)題之一。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N仿生多功能傳感器及其制備方法、應(yīng)用，本發(fā)明提供的多功能傳感器在保證溫度、壓力、氣流等多功能感知的同時(shí)，具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，利于應(yīng)用。

本發(fā)明提供一種仿生多功能傳感器，包括柔性電路板和多孔熱電薄膜，所述多孔熱電薄膜呈條狀且傾斜設(shè)置于柔性電路板上，所述多孔熱電薄膜長(zhǎng)度方向兩端與柔性電路板的電路導(dǎo)電連接。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述多孔熱電薄膜包括：傾斜設(shè)置于柔性電路板上的柔性多孔基底薄膜，以及復(fù)合在柔性多孔基底薄膜至少一個(gè)表面上的熱電薄膜；所述熱電薄膜呈條狀，且長(zhǎng)度方向兩端與柔性電路板的電路導(dǎo)電連接。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述熱電薄膜厚度為200～700nm，塞貝克因子為50～200μV/K。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述熱電薄膜長(zhǎng)度方向至少一端連接導(dǎo)電薄膜，用于與柔性電路板的電路導(dǎo)電連接。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述導(dǎo)電薄膜厚度為50～200nm。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述熱電薄膜長(zhǎng)度方向僅一端連接導(dǎo)電薄膜，并與導(dǎo)電薄膜形成U形結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述傾斜設(shè)置的多孔熱電薄膜與柔性電路板之間的夾角為40～70°。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述柔性電路板由柔性襯底及其表面的液態(tài)金屬線路構(gòu)成，所述柔性襯底上具有傾斜溝槽，用于傾斜設(shè)置多孔熱電薄膜；所述液態(tài)金屬線路與多孔熱電薄膜長(zhǎng)度方向兩端導(dǎo)電連接。

本發(fā)明提供前文所述的仿生多功能傳感器的制備方法，包括以下步驟：