[发明专利]一种基于激光直写柚子皮的柔性应变传感器及其制备方法

说明书

本发明为基于激光直写柚子皮的柔性应变传感器及其制备方法。该传感器包括柔性基底、柔性保护层、碳化材料薄膜和一对电极，其制作步骤为：激光直写柚子皮外表面形成碳化材料薄膜，使用胶带将碳化材料薄膜粘附、撕下；将柔性基底前体涂覆在胶带的粘附有碳化材料薄膜的一侧，将柔性基底前体固化以形成柔性基底；将胶带剥离使碳化材料薄膜留在柔性基底上；在碳化材料薄膜的两端形成一对电极，以使碳化材料薄膜及电极介于中间的方式将柔性保护层前体涂覆在柔性基底上，将柔性保护层前体固化以形成柔性保护层。本发明的方法工艺简单、成本低和环境友好，柔性传感器灵敏度高、可监测范围广、稳定，可应用在医疗健康、智能假肢、人机交互等领域。

技术领域

本发明属于应变传感器领域，具体涉及一种通过在柚子皮外表面照射激光形成碳化材料薄膜并由此制备高灵敏度的应变传感器的方法，以及由该方法制备的应变传感器。

背景技术

应变传感器是一种基于测量物体受到力的作用发生变形所产生的应变的传感器。它能将被测量物体的机械形变量信息按一定规律转变成为电信号，例如随着应变的变化传感器的电阻值发生相应变化，用于精确测量物体的形变特征。传统的应变传感器应用在机械、汽车、航天、石油、造船等领域，其中最常采用的是电阻应变片。它是一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件，通常是由的刚度较大的金属材料制造，不能够检测较大尺度的变形。

随着信息技术的不断进步，人们对发展高性能柔性传感器的需求在不断增加。人们希望传感器件可以舒适地穿戴在身上，或者直接贴附在皮肤表面，从而能够获得关节弯曲、脉搏、心跳、眨眼等一系列生命体征信息。在医疗健康领域，可穿戴应变传感器必须具有柔韧、轻薄等特点。要实现监测和收集关节弯曲等大尺度变形体征或区分脉搏等微小形变体征，可穿戴应变传感器必须具有良好的拉伸性、较高的灵敏度，并为了实现不间断、长时间的检测，必须具有较好的抗疲劳性能。

该柔性应变传感器在电子皮肤、人机交互等领域也具有重大意义和广阔前景。电子皮肤，一种可以让机器人产生触觉的仿生系统，能像衣服一样附着在设备表面，能够让机器人感知到物体的地点和方位以及硬度等信息。人机交互，是指人与计算机之间使用某种对话语言，以一定的交互方式，为完成确定任务的人与计算机之间的信息交换过程。柔性应变传感器是在电子皮肤和人机交互系统的信息交换过程中重要电子元件。

针对现有技术的不足和较大市场需求，目前已有一些解决办法，如中国发明专利公开号CN108562219A中提出了一种采用应变感应材料为超高导电率的包含氧化还原石墨烯和银纳米线的复合材料AgNWs/RGO的柔性应变传感器，制备过程可控并有效的提高了灵敏度。但制备过程复杂，并在制备复合材料的过程中，使用了大量的化学药品，如二甲基甲酰胺溶液、氢氧化铵溶液和水合肼溶液，成本较高，且环境负荷大、不利于环保。中国发明专利公开号CN108267078A提供了一种基于传统光刻工艺制造的具有微纳尺寸裂纹结构的柔性可穿戴应变传感器，能够形成排列有序，且尺寸可控的裂纹阵列。它通过保证结构层及敏感层裂纹结构几何参数可控，从而保证了传感器的灵敏性和稳定性，但采用传统的光刻技术制造具有显影时间长的缺点，难以实现大规模工业生产。

综上所述，希望提出一种制造工艺简单、经济环保并且具有高灵敏度的柔性应变传感器及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种工艺简单、成本低、环境友好、灵敏度高、监测范围广、耐用性高的基于激光直写柚子皮的柔性应变传感器及其制备方法。

本发明提供一种基于激光直写柚子皮的柔性应变传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)激光直写柚子皮外表面，形成碳化材料薄膜，使用胶带将所述碳化材料薄膜粘附、撕下；

(2)将柔性基底前体涂覆在所述胶带的粘附有所述碳化材料薄膜的一侧，然后将所述柔性基底前体固化以形成柔性基底；

(3)将所述胶带从柔性基底剥离，使所述碳化材料薄膜留在所述柔性基底上；