[發(fā)明專利]一種波紋結(jié)構(gòu)柔性壓容傳感器及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310231806.0
• 申請日: 2023-03-07
• 公開（公告）號: CN116337287A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖學(xué)良;崔梓盈;童國柱;王傲
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14;G01L9/12
• 代理公司: 無錫華源專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32228
• 代理人: 過顧佳

本申請公開了一種波紋結(jié)構(gòu)柔性壓容傳感器及其制備方法subgt;，/subgt;涉及智能紡織服裝領(lǐng)域，利用本申請的制備方法制備得到的波紋結(jié)構(gòu)柔性壓容傳感器包括柔性介電層以及兩個電極層；柔性介電層利用柔性光固化彈性材料進行光固化3D打印制作得到，柔性介電層的沿著縱向的至少一側(cè)表面呈包含凸起的波峰和下凹的波谷的波紋結(jié)構(gòu)；兩個電極層分別貼合制作在柔性介電層的沿著縱向的兩側(cè)表面上。本申請實現(xiàn)了柔性傳感器的結(jié)構(gòu)多樣、特殊設(shè)計和精準(zhǔn)制造，柔性介電層的波紋結(jié)構(gòu)在受力被壓縮時，柔性介電層的相對介電常數(shù)、兩個電極層之間的有效正對面積和距離發(fā)生改變，使得柔性壓容傳感器在具有較好的回彈性和柔韌性的基礎(chǔ)上也具有較高的靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及智能紡織服裝領(lǐng)域，尤其是一種波紋結(jié)構(gòu)柔性壓容傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

柔性傳感器在智能可穿戴、遠程電子醫(yī)療和智能機器人等方面的應(yīng)用是智能紡織服裝研究的重點。當(dāng)外部環(huán)境、物理以及化學(xué)等刺激作用于可穿戴柔性傳感器時，它可以將其轉(zhuǎn)換成可量化的電信號。此外，它可以用于無創(chuàng)實時監(jiān)測生命體征，為相關(guān)疾病的診斷、預(yù)防和康復(fù)提供重要的臨床信息，是智能可穿戴設(shè)備未來發(fā)展的關(guān)鍵設(shè)備。柔性壓力傳感器作為可穿戴設(shè)備中傳感器的一種，柔軟性好，穿戴舒適，廣泛地應(yīng)用在生理信號探測與人機交互領(lǐng)域中。傳統(tǒng)的電子傳感器材質(zhì)大多為金屬或者無機半導(dǎo)體，存在體積大、重量重、應(yīng)變范圍小等問題，其靈敏度和拉伸性受到很大限制，不適合監(jiān)測生理信號。柔性壓力傳感器與之相比具有良好的生物相容性、較高的靈活度以及較強的柔韌性，極大地擴展了應(yīng)用范圍。

目前，根據(jù)電信號轉(zhuǎn)換機制，柔性壓力傳感器主要包括電阻式、電容式、壓電式及摩擦電式四種。其中，柔性壓容傳感器兼具結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、靈敏度高、響應(yīng)時間快、檢測范圍廣等優(yōu)點，是目前研究較多應(yīng)用較廣的壓力傳感器類型。

通常，柔性壓容傳感器采用一個柔性介電層及其兩側(cè)的兩個電極層形成的三明治式結(jié)構(gòu)，柔性介電層位于兩個電極層中間，對柔性壓容傳感器的性能有重要影響。柔性介電層采用的介電材料大致分為聚合物介電層和織物介電層：常用的聚合物介電材料有聚氨酯(PU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、有機硅彈性體(Ecoflex)、聚苯乙烯(PS)、聚酯(PET)等，與織物介電層相比，它們具有較好的回彈性且不易磨損變形，但它們的楊氏模量較高，會導(dǎo)致柔性壓容傳感器的靈敏度往往較低。

發(fā)明內(nèi)容

本申請人針對上述問題及技術(shù)需求，提出了一種波紋結(jié)構(gòu)柔性壓容傳感器及其制備方法，本申請的技術(shù)方案如下：

一種波紋結(jié)構(gòu)柔性壓容傳感器，該柔性壓容傳感器包括柔性介電層以及兩個電極層；

柔性介電層利用柔性光固化彈性材料進行光固化3D打印制作得到，柔性介電層的沿著縱向的至少一側(cè)表面呈包含凸起的波峰和下凹的波谷的波紋結(jié)構(gòu)；

兩個電極層分別貼合制作在柔性介電層的沿著縱向的兩側(cè)表面上。

其進一步的技術(shù)方案為，柔性介電層基于表面具有波紋結(jié)構(gòu)的一個或多個片材結(jié)構(gòu)形成，且多個表面具有波紋結(jié)構(gòu)的片材結(jié)構(gòu)沿著縱向堆疊。

其進一步的技術(shù)方案為，柔性介電層沿著縱向的兩側(cè)表面的波紋結(jié)構(gòu)按照預(yù)定角度交叉。

其進一步的技術(shù)方案為，柔性介電層基于多個條狀結(jié)構(gòu)形成，每個條狀結(jié)構(gòu)彎曲形成波紋結(jié)構(gòu)，所有條狀結(jié)構(gòu)彎曲形成沿著同一個方向的波紋結(jié)構(gòu)或者彎曲形成沿著多個不同方向的波紋結(jié)構(gòu)。

其進一步的技術(shù)方案為，彎曲形成沿著不同方向的波紋結(jié)構(gòu)的條狀結(jié)構(gòu)之間相互交織形成平紋組織、斜紋組織或緞紋組織。

其進一步的技術(shù)方案為，存在至少一個條狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)置有預(yù)定中空孔徑的空腔，和/或，存在至少一個條狀結(jié)構(gòu)的壁面開設(shè)有預(yù)定孔隙率的壁面開孔。

其進一步的技術(shù)方案為，每個電極層采用導(dǎo)電織物制成，或者，電極層采用彈性體和導(dǎo)電填料的混合溶液制成；