[发明专利]一种磁性纳米纤维素基的可降解柔性运动传感器及其制备

说明书

本发明属于可穿戴设备运动传感器领域，公开了一种磁性纳米纤维素基的可降解柔性运动传感器及其制备，该运动传感器包括配合使用的导电线圈和已充磁的磁性纳米纤维素材料，能够利用导电线圈和磁性纳米纤维素材料相对运动产生的感应电动势对运动进行传感；其中，磁性纳米纤维素材料是由纳米纤维素通过共沉淀反应原位复合磁性纳米粒子得到的。本发明采用纳米纤维素作为基体材料，该纳米纤维素具有柔性、可降解的特点，利用共沉淀法将其磁性化制备成磁性纳米纤维素材料后，与线圈组合，利用电磁感应原理，即可得到可降解自供能运动传感器，可克服现有可穿戴设备传感器高功耗和传统电子设备废弃后的污染问题，同时具有较好的柔性以满足舒适性的要求。

技术领域

本发明属于可穿戴设备运动传感器领域，更具体地，涉及一种磁性纳米纤维素基的可降解柔性运动传感器及其制备，并且该可降解柔性运动传感器具有自供能特点。

背景技术

可穿戴电子设备中的传感器在游戏娱乐、健康监测、人机互联、环境自适应，软体机器人等领域有着至关重要的作用。但目前可穿戴设备的传感器仍面临很多问题。最核心的是电池供能问题，可穿戴传感器会通过增加传感器数量来提高传感数据的准确性，高度集成性会使整个设备功耗大增，苹果的智能手表Apple Watch就需要每日充电来维持其正常使用；因此传感器需要有更低的功耗或通过自供能来减少或消除电池依赖。其次材料问题，可穿戴设备在穿着的舒适性上有较高的要求；因此现阶段传感器多用柔性基底、金属材料、无机半导体材料和碳材料来在满足其小型化、轻量化、柔性化等方面的要求。再次是污染问题，传统的电子设备在报废后如未回收，被遗弃在自然环境下，将会带来严重的环境污染问题。因此，研发一种新型自供能柔性可降解的传感器对于可穿戴设备而言具有重要的现实意义。

中国专利CN 110670162 A公开了一种自发电柔性电磁纤维及其制备方法与应用，虽然它也公开了通过与磁性粒子复合从而使材料具有磁性，并能利用电磁感应原理产生电动势这一方法，但仍存在基体材料难以自然降解，并未对获取的电动势等信息进行进一步分析利用等问题。

中国专利CN 111501149 A公开了磁性纱线、磁性织物、磁控机器人及其制备方法，虽然它也公开了纤维与磁性颗粒复合并使之具有磁性，但仍存在磁性材料分布不均，材料难以工业化制备等问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种磁性纳米纤维素基的可降解柔性运动传感器及其制备，采用纳米纤维素作为基体材料，该纳米纤维素具有柔性、可降解的特点，利用共沉淀法将其磁性化制备成磁性纳米纤维素材料后，与导电线圈(如铜线圈)组合，利用电磁感应原理，可将运动时产生的动能转化为感应电动势，即可得到可降解自供能运动传感器。本发明中传感器是一种新型可穿戴设备运动传感器，可克服现有可穿戴设备传感器高功耗和传统电子设备废弃后的污染问题，同时具有较好的柔性以满足舒适性的要求。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种磁性纳米纤维素基的可降解柔性运动传感器，其特征在于，包括配合使用的导电线圈和已充磁的磁性纳米纤维素材料，该运动传感器能够利用所述导电线圈和所述磁性纳米纤维素材料的相对运动产生的感应电动势对运动进行传感；其中，

所述磁性纳米纤维素材料是由具有孔道结构的纳米纤维素材料通过共沉淀反应原位复合磁性纳米粒子得到的。

作为本发明的进一步优选，所述磁性纳米纤维素材料具体为磁性纳米纤维素块；

所述磁性纳米纤维素块是由具有孔道结构的纳米纤维素块通过共沉淀反应原位复合磁性纳米粒子后经多层热压得到的。

按照本发明的另一方面，本发明提供了上述磁性纳米纤维素基的可降解柔性运动传感器的制备方法，其特征在于，包括以下制备磁性纳米纤维素材料的步骤：

(1)准备膜状纳米纤维素；

(2)将所述膜状纳米纤维素经碱液浸泡预处理后切割成预先设定的大小，浸泡在磁性金属离子溶液中，水浴加热，使所述膜状纳米纤维素吸附磁性金属离子；