[发明专利]一种自供电式柔性压力传感器及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201811245449.9 申请日: 2018-10-24
公开(公告)号: CN111089664B 公开(公告)日: 2020-12-29
发明(设计)人: 苏彬 申请(专利权)人: 华中科技大学
主分类号: G01L1/00 分类号: G01L1/00;G01L9/00;A61B5/02
代理公司: 北京金智普华知识产权代理有限公司 11401 代理人: 杨采良
地址: 430074 湖北省武汉*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 供电 柔性 压力传感器 及其 制备 方法
【说明书】:

发明属于柔性电子与传感器技术领域,公开了一种自供电式柔性压力传感器及其制备方法,传感单元、与传感单元配合的电极层;当外界介质或物体自身移动时,被探测的外界介质或物体使基于柔性电磁材料的传感单元发生形变,在材料自身的电磁耦合作用下,产生感应瞬间电压/电流;并通过与传感单元配合的电极层输出;外界介质包括空气、水、振动波、声波的机械波。本发明提出一种自供电式柔性压力传感器,应用在探测外界介质或物体的移动方面;本发明传感器由于电磁相互作用的工作原理,灵敏度较高,可实现对下限为0.01%的传感器应变时的电学监控。

技术领域

本发明属于柔性电子与传感器技术领域,尤其涉及一种自供电式柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

目前,业内常用的现有技术是这样的:

可穿戴的电子设备可以完成与人体的互动并对其进行长期的监测,近年来受到了广泛的关注。迄今为止,已经制备出柔性传感器与衣服相结合,或者直接与皮肤接触的电子皮肤从而实现对人体的物理、化学、生物以及所处环境状态的实时监测。可穿戴的电子设备对设置于其中的传感器的要求较高,这类传感器必须满足高效率、高可拉伸性、柔性、持久性、低功耗、生物耐受性和轻便等要求。

力敏材料是力学传感器感受外界力学变化最常用的敏感材料,主要用于测量压力、速度、拉伸等力学量。当受到外力作用时,力学传感器将力学信号转换为电学信号(电阻、电容或电压等)。目前,最常用的力敏材料主要有金属应变电阻材料、半导体应变电阻材料、合金应变电阻材料、石英晶体材料、精密陶瓷材料等,但这些材料都缺乏柔性,并不能弯曲,从而不能应用于柔性传感器,覆盖于人体表面。为了满足柔性的要求,现有技术中的力学传感器多采用复合导电材料,特别是填充型导电高分子材料,这种复合材料主要是向高分子聚合物中加入导电材料复合而成。

在微电子和力敏材料技术高速发展的今日,大量新型具有多种功能和高度集成化的微型电子器件不断被开发出来,并在人们日常生活的各个领域展现出前所未有的应用前景。

综上所述,现有技术存在的问题是:

(1)现有的基于力敏材料制备的传感器均需要提供匹配的外部电源,来驱动传感器工作。受到传感器电源的限制,这些传感方法的应用范围较窄,不能够适用在环境恶劣的条件下,也难以长期独立工作;而且对于随机出现的工作需求,也需要长时间为传感器接通电源,不满足节约能源的要求。

现有技术中还存在如下问题:

当前力敏材料制备的传感器其灵敏度较低,不适于监测人体脉搏、呼吸等信号;

柔性力敏传感器需要外部电源供给,难以长期独立工作。

解决上述技术问题的难度和意义:

力敏材料灵敏度低是现有技术解决的难题;

本发明解决上述技术问题后,带来的意义为:

将有助于提高传感器监控人体生理体征的能力,更好地检测人体轻微的脉搏等信号,用于早起疾病的预测。解决需要提供独立外部电源供给问题,将使得传感器自身不需要外部电源供给,通过将人体运动产生的机械能转化为电能,为传感器提供能源,支持传感器自身的工作,对延长传感器的工作时间,低碳环保领域均有积极的意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种自供电式柔性压力传感器及其制备方法。本发明设计了一种新型灵敏度高、无需提供电源,就可以对外界介质(空气、水、振动波、声波等机械波)或物体自身的移动进行传感的柔性力学传感器。

本发明是这样实现的,一种基自供电式柔性压力传感器,包括传感单元,和与之配合的电极组成。

当外界介质(空气、水、振动波、声波等机械波)或物体自身移动时,所述被探测物体使得基于柔性电磁材料的传感单元发生形变,从而在材料自身的电磁耦合作用下,产生感应瞬间电压/电流。

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