[发明专利]一种柔性可穿戴传感器阵列及其制备方法

说明书

一种柔性可穿戴传感器阵列及其制备方法，它涉及涉及柔性可穿戴设备制备领域，本发明的目的是为了解决当前可穿戴传感器灵敏度低、成本高、检测和记录信号数量少、功能单一的问题。本发明通过针织的方式将多跟正交导线等距排布在力敏薄膜两侧，形成“三明治”状结构；再分别在导线外侧粘贴一层双面透明胶带；最后再分别粘贴一层绝缘薄膜。通过层压方式制备成传感器阵列。本发明具有制备工艺简单、成本低、灵敏度高、可同时获得和记录大量触觉信号、柔性可拉伸、可适用到人体多个部位触觉信号监测和记录。本发明应用于柔性可穿戴设备制备领域。

技术领域

本发明涉及传感器阵列制备领域，具体涉及一种高灵敏度柔性可穿戴传感器阵列及其制备方法。

背景技术

压力传感器是用来测量物体表面所受压力和应力等力学参数的传感器，也是使用量和应用最为广泛的传感器之一。作为压力传感器最为重要的一种，压阻式传感器指利用材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器，在受到力的作用后，其电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。压阻是传感器因其成本低以及响应性好等特点而得到广泛使用。然而，在实际应用过程中，由于被测量物体具有复杂的外观特性，表面压力分布状态差异大，单一的传感器无法同时获取大量的触觉信息。

近年来随着可穿戴柔性的兴起，在人机交互和人体健康监测方面拥有巨大市场，而可穿戴柔性压阻传感器作为可穿戴设备的典型代表，在未来可穿戴电子器件发展中占据着举足轻重的地位。然而可穿戴压阻传感器由于制造成本高、精度差、稳定性差以及获得信号单一等特点严重低于用户满意度。例如，人类手部存在大量感受器，通过触觉感受器感知和记录外界物体大量的触觉信号，从而感知物体形状、重量、判断物体材料属性以及实现抓取等动作。而当前的机器人手臂难以实现和复制这种行为，主要是因为当前难以获得和记录大量的触觉信号。将压阻传感器制备成传感器阵列，可同时获得和记录大量触觉信号，被认为是可穿戴压阻传感器的未来发展趋势。然而，当前的传感器阵列存在精度低、灵敏度差、稳定性差以及工艺复杂、制备成本高等问题。基于此，为提高可穿戴柔性压阻传感器精度、灵敏度和稳定性，以及同时获取和记录多个压力信号，目前函需开发一种高灵敏度柔性可穿戴传感器阵列，从而符合可穿戴电子设备对压阻敏感性和复杂信号采集记录的高要求，以满足市场急切需求。

发明内容

发明的目的是为了解决当前可穿戴传感器灵敏度低、成本高、检测和记录信号数量少、功能单一的问题，提供一种高灵敏度柔性可穿戴传感器阵列及其制备方法，可检测50mN～1N的微小压力，灵敏度150KPa^-1，弛豫时间10mS。本发明将力敏薄膜、正交导线、胶带和绝缘膜通过层压方式的方式制备成传感器阵列；经多行和多列电极间重叠区域感知力敏薄膜电阻率变化响应，进而得到一种高灵敏度柔性可穿戴传感器阵列。

本发明的一种高灵敏度柔性可穿戴传感器阵列，它是由行导线、力敏薄膜、列导线、双面透明胶带、绝缘薄膜和排线孔组成；

所述的行导线和列导线排布于力敏薄膜上下两侧，双面透明胶带分别铺设于行导线和列导线上下两面，绝缘薄膜分别铺设于双面透明胶带上；所述的排线孔分别设置在行导线和列导线两侧。

所述的排线孔是设置在行、列导线两侧，通过激光烧蚀方法，刻下小孔洞，然后采用针织方式左右穿插固定导线。

本发明的一种高灵敏度柔性可穿戴传感器阵列方法，它是按照以下步骤进行的：

一、力敏薄膜制备

1)炭黑分散液制备：利用超声分散机将炭黑和分散剂超声分散30～60min，得到均匀的炭黑分散液以备用；

2)聚氨酯溶液制备：利用超声分散机将聚氨酯和分散剂超声分散30～60min，得到均匀的聚氨酯溶液以备用；