一种弹性可穿戴应变传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种弹性可穿戴应变传感器及其制备方法，该传感器主要包括：导电粉末、弹性基底、一对位于弹性基底两端的电极，所述制备方法包括步骤：（1）将导电粉末涂覆在半固化的弹性基底表面上；（2）将表面粘附有导电粉末的半固化弹性基底进行固化；（3）在导电粉末层两端分别引出电极即形成弹性可穿戴应变传感器。本发明专利技术相对于其它传感器而言，具有快速大面积制备、成本低廉、产品性能好、操作简便等特点。该弹性可穿戴应变传感器可探测应变高达150%，具有灵敏度高，响应快速等优势。该弹性可穿戴应变传感器可以贴在人体的皮肤表面，用于肌肉运动检测，也可以固定在手指、膝盖等关节处进行弯曲应变检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于传感器领域，具体涉及一种弹性可穿戴应变传感器及其制备方法。
技术介绍
可穿戴设备是一种可以安装在人、动物和物品上，并能感知、传递和处理信息的计算设备，传感器是可穿戴设备的核心器件。传感器具有可穿戴的性能，在智能交通、消费电子、医疗器械、智能家居、工业控制、航空军工等领域具有重要的应变前景。应变传感器是可以用于检测物体受到外界作用力或自身驱动变形所产生的一种传感器。随着科技的不断发展，人民物质条件的不断改善，对于柔性可传感器的电子器件的需要越来越大。目前上市的可穿戴设备五花八门，从智能眼镜到智能手表，从智能服装到智能鞋子，从高尔夫手套到拳击手套，但都和传感器有着密切的联系。例如在消费电子领域，可穿戴的传感器可以方便的佩戴在人的手腕上进行肢体运动的监测；在智能家居领域，可穿戴的传感器可以通过监测家具的形变，来反馈物体是否处于理想的状态。我们知道人的手指关节等部位的应变量达到了50%以上，传统应变传感器一般都是固定在硬质的基底上，不能满足可穿戴同时进行应变监测的要求。具备超高柔性和弹性的应变传感器将会在人体健康监控、高敏感性机器人传感器、智能外科手术手套等领域扮演重要的角色。目前柔性或可拉伸性应变传感器取得了一些的进展，已经实现了检测应变量较大的可穿戴应变传感器（AdvancedMaterials,2014,26,2022–2027；ACSNano,2014,8,8819-8830;专利CN102353324B）。但是这些应变传感器的制备方法要么比较复杂、要么就是生产周期比较长。当前具备生产工艺简单、生产周期短等特点的方法用于制造弹性可穿戴应变传感器依然是一个比较大的挑战。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种弹性可穿戴应变传感器及其制备方法,所述传感器包括：进一步地，所述制备方法包括：步骤1：将导电粉末涂覆在半固化的弹性基底表面上；步骤2：将步骤1得到的表面粘附有导电粉末的半固化弹性基底进行固化；步骤3：在导电粉末层两端通过导电胶带分别引出电极即形成弹性可穿戴应变传感器；进一步地，所述步骤1具体为：1-1）将液态的二甲基硅氧烷与固化剂以质量比8:1-12:1搅拌混合；1-2）将经1-1）得到的混合物取0.5-50克倒入底面平整的宽长比1:1-20:1的矩形盒中；1-3）将经步骤1-2）得到的装有步骤1-1）得到的混合物的矩形盒放入烘箱中处理，处理温度为40-55摄氏度，处理时间为30-60分钟；经过此处理会得到的未完全固化的聚二甲基硅氧烷，即涂覆有导电粉末的半固化的弹性基底；进一步地，所述步骤1中的弹性基底未完全固化；进一步地，所述步骤2具体为：2-1）取出经1-3）中得到的装有未完全固化的聚二甲基硅氧烷的矩形盒，将0.1-5克石墨粉加到1-3）中得到的未完全固化的聚二甲基硅氧烷表面，用刮片将石墨粉完全涂覆盖在未完全固化的聚二甲基硅氧烷表面上，回收多余的石墨粉；2-2）将经2-1）得到的装有表面涂覆有石墨粉的未完全固化的聚二甲基硅氧烷表面矩形盒放入烘箱中处理，处理温度55-65摄氏度，处理时间20-45分钟；2-3）将经2-2）得到的表面粘附有石墨粉的聚二甲基硅氧烷从矩形盒中取出；进一步地，所述未完全固化弹性基底的表面具有粘性，可以粘附导电粉末；进一步地，所述步骤3具体为：3-1）用0.2-1厘米的导电铝胶带在经2-3）得到的表面粘附有石墨粉的聚二甲基硅氧烷的两端环绕一圈，以此来引出电极，即形成弹性可穿戴应变传感器；3-2）将经3-1）得到的传感器用双面胶固定在手指关节处，即可用于检测手指的弯曲；进一步地，一种弹性可穿戴应变传感器，所述传感器包括一弹性基底，置所述弹性衬底上的一导电粉末以及设置所述导电膜两端用于导电的导电体；进一步地，所述弹性基底包括弹性的聚二甲基硅氧烷；进一步地，所述导电粉末可以用包括石墨粉、导电炭黑粉、银粉、铜粉、铁粉、铝粉制得；进一步地，所述导电粉末是通过粘附作用粘在弹性基底上；本专利技术的有益效果如下：1）本专利技术的弹性可穿戴应变传感器相对于其它传感器而言，具有快速大面积制备、成本低廉、产品性能好、操作简便等特点；2）该弹性可穿戴应变传感器可探测应变高达150%，具有灵敏度高，响应快速等优势；3）该弹性可穿戴传感器的主要原理是基于器件拉伸使得导电层产生微裂纹，这种微裂纹的产生会改变传感器的电阻，这种电阻的变化可以用来反应应变的大小；4）该弹性可穿戴应变传感器可以贴在人体的皮肤表面，用于肌肉运动检测，也可以固定在手指、膝盖等关节处进行弯曲应变检测；5）该应变传感器在包括人体运动检测、智能医疗服务等领域具有广阔应用前景。附图说明图1为本专利技术所述传感器主视图；图2为本专利技术所述传感器左视图；图3为本专利技术所述传感器顶视图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。相反，本专利技术涵盖任何由权利要求定义的在本专利技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本专利技术有更好的了解，在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为对本专利技术的限定。下面为本专利技术的举出最佳实施例：如图1-3所示为本专利技术所述传感器的三视图，本专利技术提供一种弹性可穿戴应变传感器的制备方法，所述制备方法包括：步骤1：将导电粉末涂覆在半固化的弹性基底表面上；步骤2：将步骤1得到的表面粘附有导电粉末的半固化弹性基底进行固化；步骤3：在导电粉末层两端通过导电胶带分别引出电极即形成弹性可穿戴应变传感器。所述步骤1具体为：1-1）将液态的二甲基硅氧烷与固化剂以质量比8:1-12:1搅拌混合；1-2）将经1-1）得到的混合物取0.5-50克倒入底面平整的宽长比1:1-20:1的矩形盒中；1-3）将经步骤1-2）得到的装有步骤1-1）得到的混合物的矩形盒放入烘箱中处理，处理温度为40-55摄氏度，处理时间为30-60分钟；经过此处理会得到的未完全固化的聚二甲基硅氧烷，即涂覆有导电粉末的半固化的弹性基底，所述步骤1中的弹性基底未完全固化。所述步骤2具体为：2-1）取出经1-3）中得到的装有未完全固化的聚二甲基硅氧烷的矩形盒，将0.1-5克石墨粉加到1-3）中得到的未完全固化的聚二甲基硅氧烷表面，用刮片将石墨粉完全涂覆盖在未完全固化的聚二甲基硅氧烷表面上，回收多余的石墨粉；2-2）将经2-1）得到的装有表面涂覆有石墨粉的未完全固化的聚二甲基硅氧烷表面矩形盒放入烘箱中处理，处理温度55-65摄氏度，处理时间20-45分钟；2-3）将经2-2）得到的表面粘附有石墨粉的聚二甲基硅氧烷从矩形盒中取出，所述未完全固化弹性基底的表面具有粘性，可以粘附导电粉末。所述步骤3具体为：3-1）用0.2-1厘米的导电铝胶带在经2-3）得到的表面粘附有石墨粉的聚二甲基硅氧烷的两端环绕一圈，以此来引出电极，即形成弹性可穿戴应变传感器；3-2）将经3-1）得到的传感器用双面胶固定在手指关节处，即可用于检测手指的弯曲。一种弹性可穿戴应变传感器，所述传感器包括一弹性基底，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹性可穿戴应变传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：步骤1：将导电粉末涂覆在半固化的弹性基底表面上；步骤2：将步骤1得到的表面粘附有导电粉末的半固化弹性基底进行固化；步骤3：在导电粉末层两端通过导电胶带分别引出电极即形成弹性可穿戴应变传感器。

【技术特征摘要】
1.一种弹性可穿戴应变传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：步骤1：将导电粉末涂覆在半固化的弹性基底表面上；步骤2：将步骤1得到的表面粘附有导电粉末的半固化弹性基底进行固化；步骤3：在导电粉末层两端通过导电胶带分别引出电极即形成弹性可穿戴应变传感器。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1具体为：1-1）将液态的二甲基硅氧烷与固化剂以质量比8:1-12:1搅拌混合；1-2）将经1-1）得到的混合物取0.5-50克倒入底面平整的宽长比1:1-20:1的矩形盒中；1-3）将经步骤1-2）得到的装有步骤1-1）得到的混合物的矩形盒放入烘箱中处理，处理温度为40-55摄氏度，处理时间为30-60分钟；经过此处理会得到的未完全固化的聚二甲基硅氧烷，即涂覆有导电粉末的半固化的弹性基底。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的弹性基底未完全固化。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2具体为：2-1）取出经1-3）中得到的装有未完全固化的聚二甲基硅氧烷的矩形盒，将0.1-5克石墨粉加到1-3）中得到的未完全固化的聚二甲基硅氧烷表面，用刮片将石墨粉完全涂覆盖在未完全固化的聚二甲基硅氧烷表面上，回收多余的石墨粉；2-2）将经2-1）得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，廖新勤，廖庆亮，李明华，梁齐杰，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11