[发明专利]一种柔性可穿戴式电子应变传感器及其制备方法

说明书

本发明适用于传感器制作和封装技术领域，公开了一种柔性可穿戴式电子应变传感器及其制备方法。一种柔性可穿戴式电子应变传感器包括柔性基体，柔性基体内具有柔性的微通道，微通道内设置有液态导体或半液态导体，微通道的两端设置有电极。可穿戴设备具有上述的一种柔性可穿戴式电子应变传感器。制备方法包括以下步骤：制备具有微通道的柔性基体；于微通道内注入液态导体或半液态导体，于微通道的两端插入电极。本发明所提供的一种柔性可穿戴式电子应变传感器及其制备方法，其具有高度挠性、可拉伸性和薄的几何特点，使之能直接与任何柔性执行机构集成，且灵敏度高，抗干扰能力强，在应变达到300％时仍能正常工作。

技术领域

本发明属于传感器制作和封装技术领域，尤其涉及一种柔性可穿戴式电子应变传感器及其制备方法。

背景技术

随着信息时代的应用需求越来越高，对被测量信息的范围、精度和稳定情况等各性能参数的期望值和理想化要求逐步提高。运用到可穿戴设备的传感器系统在一些运用上逐渐表现出其局限性，包括目前的传感器柔性不足，不能做到真正的可拉伸，一旦应变或弯曲角度过大，整个传感器的结构将会得到破坏而失效；灵敏度低，容易受到人体生理信号噪声的干扰，造成信号采集模糊和不完整。

自2012年谷歌公司召开开发者大会，推出的“谷歌眼镜”极大地推动刺激了市场对可穿戴设备的兴趣。短短几年内各种各样的可穿戴设备的出现，给我们生活带来了各种各样的便利。例如智能手表体温脉搏检测和计步功能、高灵敏度的电子皮肤向大脑传递皮肤触觉信息、利用三维微电极实现大脑皮层控制假肢等。而传感器作为核心部件之一，将影响可穿戴设备的功能设计与未来发展。在可穿戴设备实际使用过程中，许多时候要求传感器透明、柔韧、延展、可自由弯曲甚至折叠、高灵敏度等特点，特别是工作环境直接是在各个变形量较大的人体复杂不规则皮肤表面，例如关节的变形检测等。

现有技术中的柔性传感器主要采用以下方式制备。

1.使用接触印刷法利用半导体纳米线依附于柔性材料制作成场效应晶体管，其源电极通过压敏橡胶接地，外部压力导致压敏电阻的导电性变化，从而改变晶体管的性质，通过检测输出信号的改变获得相应的负载。

2.利用碳纳米管喷涂于PDMS薄片形成矩形导电阵列制作了透明度良好的电容式传感器阵列，蜷曲的碳纳米管以及由其形成的网状结构使宏观的导线能够随着弹性材料的拉伸而伸长同时保证导电性。

3.借助导电纺织品，将其制作成柔性电极嵌入PDMS之中，上层单电极与底层四个电极分别产生电容，通过测量四个电容值的相对变化能够实现对多维力的探测。

4.以类似皮肤机械特性的多孔尼龙作为基质，在基体内电化学沉积聚吡咯作为导电掺杂剂，当载荷加载时，传感器的导电性会增加，以此测得外界载荷。

5.采用高弹性和耐用的伸缩螺旋电极，以PDMS作为主要的结构材料。制作高度扭曲的触觉传感器阵列。可以适应复杂的工作表面而不破坏该传感器结构和金属互连上的感知阵列。

虽然上述应变传感器具有一定的柔性，但是并不能做到真正的可拉伸，缺乏类似皮肤的柔弹性，不能够完全实现在覆盖三维复杂静/动态表面的条件下，完成对于外界载荷的测量。在应变或者弯曲角度较大时，整个系统将会破坏失效。同时相对于人体皮肤表面来说，仍表现出一定的刚性，会使人体产生一些不适应感，难以集成，极大的限制了测量的稳定性、精度和准确度。另外，人体生理信号很容易受到外界因素的干扰，如汗渍，肌肉收缩等，而用户又无法排除这些影响因素，造成数据采集模糊性和不完整性，可靠性欠佳。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种柔性可穿戴式电子应变传感器及其制备方法，其柔性可穿戴式电子应变传感器的稳定性、精度和准确度、可靠性佳。

本发明的技术方案是：一种柔性可穿戴式电子应变传感器，包括柔性基体，所述柔性基体内具有柔性的微通道，所述微通道内设置有液态导体或半液态导体，所述微通道的两端设置有电极。