[发明专利]一种磁、力纤毛仿生传感器的制备方法

说明书

本发明提供了一种磁、力纤毛仿生传感器的制备方法，该传感器由磁性导电纤毛阵列和具有叉指电极网络的高分子膜组成而成。本发明所述磁性导电纤毛阵列，制备步骤如下：1)将由树脂材料和磁性颗粒构成的悬浮液置于磁场环境中，加热处理至溶剂挥发、树脂固化，得到磁性纤毛阵列；2)在所得磁性纤毛阵列表面涂覆氧化石墨烯，化学还原处理后得到磁性导电纤毛阵列。本发明所述具有叉指电极网络的高分子膜是柔性可弯曲高分子薄膜。该传感器具有成本低、灵敏度高、可重复性好、对磁和力信号均有响应等特点，本发明在生物健康检测、智能屏幕、人机交互、电子皮肤等领域有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及柔性传感器的技术领域，具体是一种磁、力纤毛仿生传感器的制备方法。

技术背景

随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，医疗健康用可穿戴设备越来越受到人们的关注。应力或应变传感器在健康检测、智能屏幕、人机交互、电子皮肤等领域具有广泛应用。但是，传统的基于金属箔和半导体材料的应力或应变式传感器存在柔韧性差和应变范围低等问题，限制了其在穿戴设备上的应用。近年来，人们开发了多种适合穿戴设备用柔性应力/ 应变传感器，例如基于生物纤维素的应变传感器、银纳米线传感器、石墨烯柔性传感器等。目前，大部分柔性传感器仅能感知压力或应变，监测功能单一；面向未来的新型可穿戴设备，其发展趋势是模拟人的皮肤实现多种信号如压力、热、电等的同时检测，甚至超越人类皮肤监测人类不能感知的某些信号，如磁场。

磁传感器具有非接触式的特点，在磁性物体探测、人工肌肉的实时监测、心脏功能障碍的早期诊断等领域有独特的优势。但目前已有磁传感器功能单一，仅能探测磁场，并且多不具有可穿戴性。因此，如能将接触式压力(或应变)传感与非接触式磁场探测功能整合到一种可穿戴设备中，必将大大扩展可穿戴传感器的应用范围。

生物仿生是现代科学技术发展的重要源泉之一，很多传感器都是仿生研究的结果。例如，蜘蛛的毛细胞对空气中的微弱扰动十分敏感，哺乳动物内耳对噪声敏感，鱼的侧线可以感觉到水的流动。这些系统中对力变化敏感部位均为纤毛类结构，因此，人们近期开发出了多种不同形式的纤毛仿生器件，如陆春华等人发明了“一种磁控动态纤毛状仿生光催化阵列及其制备方法”(中国专利：CN103551198A)，Chen Chia-Yuan等人发明了“一种磁性驱动人造纤毛的制备方法”(美国专利：US2015097317)。但目前这些纤毛仿生传感器也仅能探测单一的接触力信号。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁、力纤毛仿生传感器的制备方法。该传感器具有成本低、灵敏度高、可重复性好、对磁和力信号均有响应等特点。在生物健康检测、智能屏幕、人机交互、电子皮肤等领域有良好的应用前景。

本发明所提供的磁、力纤毛仿生传感器由磁性导电纤毛阵列和具有叉指电极网络的高分子膜组成。具体制备方法如下：

1)磁性导电纤毛阵列制备

步骤一、磁性纤毛阵列的制备：将磁性金属粒子和树脂材料分别加入有机溶剂中搅拌均匀，超声0.5～10min后将上述混合溶液迅速放到均匀垂直磁场环境中，在50～80℃下加热 10～20h至溶剂完全挥发、树脂固化。

所述树脂材料为聚二甲基硅氧烷、聚二乙基硅氧烷、聚甲基乙烯基硅氧烷、聚己二酸/ 对苯二甲酸丁二酯中的一种；

所述有机溶剂为乙酸乙酯、甲苯、二甲苯中的一种；

所述磁性金属粒子为铁粒子及其磁性合金粒子、钴粒子及其磁性合金粒子、镍粒子及其磁性合金粒子、钆粒子及其磁性合金粒子中的一种；

所述磁性金属粒子直径小于1000nm；

所述磁性金属粒子与树脂材料之间的重量比为1/100～1/2；

所述树脂材料与溶剂之间的重量比为1/100～1/10；

所述磁场环境的磁场强度为300～1000mT；