[发明专利]柔性压力传感器和聚合物水凝胶电解质

说明书

本发明公开了一种柔性压力传感器和聚合物水凝胶电解质。柔性压力传感器包括：阳极层；空气阴极层；柔弹性体电解质层，所述设置于所述空气阴极层、阳极层之间，并构成空气电池结构。聚合物水凝胶电解质包括聚合物水凝胶和分散在所述聚合物水凝胶中的电解质，且所述电解质在所述聚合物水凝胶电解质中的质量百分比含量为5‑30％。本发明所述的柔性压力传感器可以自发电且通过简单结构就实现了压力传感，一种结构兼顾了发电和压力传感功能，使得整体部件大大精简，变得更轻。因此很适合作为可穿戴设备。

技术领域

本发明属于传感器领域，具体涉及一种柔性压力传感器和聚合物水凝胶电解质。

背景技术

触觉传感技术在电子皮肤、人机界面、健康监测、医学诊断等领域具有巨大的应用潜力，近年来受到广泛关注。触觉传感器以膜、织物、表皮等模态形式具有灵活、轻便、轻薄的特点，可以作为可穿戴设备直接附着在皮肤上进行实时生物力学活动检测。然而，可穿戴触觉传感器的进一步发展仍然面临着严峻的挑战。例如，当前可穿戴技术的一个重大限制是依赖于外部电源驱动传感器和电路。可充电锂离子电池或其他电化学电池是当今无线可穿戴设备的主要动力。但是，这些电池很难无缝集成，同时保持与传感单元相同的灵活性，这将极大地影响可穿戴系统的整体舒适性和便携性。

可穿戴电子设备所需的动力能源挑战促进了自供电传感技术的发展。迄今为止，基于不同的感知机制，人们研究了各种不同工作机制的触觉感知技术，主要有电阻式、电容式、压电式和摩擦电式。其中，电阻式和电容式机制都需要外部电源驱动传感器来检测力诱发器件电阻或电容的变化。然而，基于压电和摩擦电的触觉传感器可以从环境和人类生物力学活动中获取机械能，并将其转化为与压力变化相关的电能。因此，自供电传感器不需要外部电源来驱动自己进行压力检测信号输出，特别是摩擦电子技术的出现，再次掀起了自供电传感器的发展热潮。

据所周知，穿戴式传感系统不仅需要传感器将机械刺激转化为电信号，还需要有电阻、电容、芯片等电路来记录和传输电信号。虽然摩擦电传感器可以为人体生理信号提供相当高的器件灵敏度，但不幸的是，摩擦电传感器以交流电的形式输出的电流偏低，电压较高，导致输出阻抗大，实际输出功率只有微瓦-毫瓦的级别，影响其直接作为电源的适用性。为了能给可穿戴电子设备提供持续的电力，摩擦电纳米发电机产生的电能通常存储在电化学电池中，如锂离子电池或超级电容器。但是，由于时间依赖性和低功耗，这些摩擦电纳米发电机不能作为唯一的动力源可靠和可持续地工作，也不能解决可穿戴设备需要电池的问题。除了压电和摩擦电传感器，其他几种类型的自供电传感系统也已经通过电源和触觉传感器的组合形式出现。但这种组合策略往往结构复杂，很难做到二者无缝衔接，难以大规模生产。

综合国内外报道可以看出，虽然柔性电子传感技术正蓬勃发展，但在无需外接电源的情况下，实现可穿戴传感技术的压力监测仍然是一项挑战，相关科学问题和关键技术亟待突破。

因此发明一种无需外接电源的柔性压力传感器填补技术空白是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性压力传感器，以解决现柔性压力传感器无法兼顾发电和压力传感功能的技术问题。

本发明的另一目的是提供一种聚合物水凝胶电解质，以解决现有的聚合物水凝胶电解质在应用时无法同时兼顾一定的内部流动性和外部刚性和弹性的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明一方面，提供了一种柔性压力传感器。所述柔性压力传感器包括：

阳极层；

空气阴极层；

柔弹性体电解质层，柔弹性体电解质层，所述设置于所述空气阴极层、阳极层之间，并构成空气电池结构。

本发明另一方面，提供了一种聚合物水凝胶电解质。所述聚合物水凝胶电解质包括聚合物水凝胶和分散在所述聚合物水凝胶中的电解质，且所述电解质在所述聚合物水凝胶电解质中的质量百分比含量为5-30％。