微纳复合结构的掺杂硫化锌制备及其在增强现实上的应用制造技术

本发明专利技术涉及增强现实领域，公开了微纳复合结构的掺杂硫化锌制备及其在增强现实上的应用。具体的，公开了利用破碎技术得到微纳复合结构的掺杂硫化锌材料，并实现了其在增强现实中的应用。由于微纳复合结构增强了掺杂硫化锌的摩擦，从而大大增强了掺杂硫化锌的力致发光性能，按照压强计算，检测限在5Pa，按照能量计算，检测限在1μJ的超灵敏传感器。将其封装后贴于人体各个部位，可以实时将人体微动转化为各种颜色的光学信号，从材料角度实现对现实的增强，响应时间为10ms。由于其是将动态力转化为可见光，所以这种增强实现是给人的肢体动作及身体微动带来了新的表达方式。人的情绪激动时，动作较快，光强较强；人的情绪平稳时，动作较慢，光强较弱。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及增强现实领域，具体地，涉及利用超声破碎和湿法共混技术得到微纳复合结构的掺杂硫化锌材料，并实现了其在增强现实中的应用。
技术介绍
增强现实是仿真技术的一个重要方向。它通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。增强现实提供了在一般情况下，不同于人类可以感知的信息。在增强现实领域，目前主要集中在对画面感知的研究，而体验者得到的是由程序设定好的被动式的增强现实体验，如何制备出新材料载体，实现对力的准确感知并光学输出，拓宽增强现实的应用范围，产生一种全新的主动式增强现实体验是一个重要的发展方向。随着增强现实游戏和行业应用的发展，对新原理新工艺新材料提出了更高的要求，实现微小力学信号的多感知与多输出仍是一大挑战。增强现实是近年来发展非常迅速的领域。为了达到增强现实的目的，把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息、声音、味道、触觉等)，通过触发相应事件，科学技术模拟仿真后再叠加到现实世界被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。例如中国专利申请号CN201510213943.7所公开的技术方案提出了一种增强现实眼镜的手势识别方法及增强现实眼镜系统。首先获取深度相机通过实时拍摄增强现实眼镜前方的场景而获得的深度图像，并基于深度图像计算指尖的深度值、以及深度图像中指尖的二维坐标；其次采用转换矩阵对深度图像中指尖的二维坐标进行转换，并根据转换得到的二维坐标，在增强现实眼镜的显示界面中生成一个虚拟目标；最后实时分析指尖的深度值的大小变化情况，以及显示界面中虚拟目标的位置变化情况，以触发相应事件。该方法通过将增强现实眼镜定位的指尖位置与人眼视角下的指尖位置相对准，实现准确识别用户手势的目的。但上述技术因为程序进行模拟仿真，所以是预先设定好的被动式增强现实技术，并不能随时适应外部的发展变化。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了拓宽增强现实的范围，从材料结构制备与性能的角度，提供一种高灵敏度、对人体微小力学信号多感知与多输出的新应用方向。为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了微纳复合结构可以增强掺杂硫化锌力致发光灵敏性的新发现。优选的，所述纳米颗粒的直径为5-200nm。优选的，所述微米掺杂硫化锌颗粒的直径为2-50μm。优选的，所述微纳颗粒直径比为20，摩尔比为1∶200时，掺杂硫化锌的力致发光灵敏性最强。优选的，所述纳米颗粒选自二氧化硅、掺杂硫化锌、硫化锌、石墨烯、石墨炔、炭黑、二氧化钛、金刚石、氧化铝、金、银、铜、二氧化锆、氧化镍、氧化锌、碳酸钙和碳纳米管中的一种或多种。第二方面，本专利技术提供了微纳复合结构的掺杂硫化锌制备方法，其中，包括超声破碎法和湿法共混法。优选的，将过渡金属元素掺杂的硫化锌粉末分散于乙醇中，于室温下超声破碎72-96小时，超声功率为1600-2000W，得到微纳颗粒直径比为20-30，掺杂硫化锌粉末与乙醇的质量比为1∶10，超声破碎时每工作2-3秒，休息1-2秒，避免体系过热。优选的，采用100nm二氧化硅纳米球效果好于100nm掺杂硫化锌颗粒效果好于100nm聚苯乙烯球。优选的，将100nm二氧化硅纳米球与2μm掺杂硫化锌微米颗粒按照摩尔比200∶1分散于乙醇中，60℃下搅拌48-72小时，25-60℃下干燥。得到的二氧化硅纳米球均匀吸附在掺杂硫化锌微米颗粒上，形成微纳复合结构。第三方面，本专利技术提供了一种将高灵敏的力致发光材料应用到增强现实领域的新思路。优选的，增强现实的实现手段为将微纳复合结构的掺杂硫化锌贴于人体各个肌肉群、心脏和脉搏等部位，当完成某一动作的时候，相应肌肉部位即可发光，通过收集数据与分析，可以得到人的情绪、力量和心跳脉搏等健康状况，实现多感知，并且通过光的形式表现出来，实现多输出。优选的，所述增强现实的光为可见光，波长范围可以涵盖可见光波段，以橙光、绿光、蓝光和白光最为常见。通过上述技术方案，利用微纳复合结构增强掺杂硫化锌的摩擦，从而大大增强了掺杂硫化锌的力致发光灵敏性，应用于增强现实领域。高度灵敏的自发光材料使得本专利技术有较之于传统显示器与传感器更广的应用范围和更出色的性能，在增强现实中具有极大的应用价值。更为优异的，所制备的传感器对微小动态力具有超灵敏、高精度的实时光学响应，按照压强计算，检测限在5Pa，按照能量计算，检测限在1μJ的超灵敏传感器，可以感知心跳脉搏等微小力学信号，实现了高精度响应，响应时间为10ms，从而实现了实时响应。由于其是将动态力转化为可见光，所以这种增强实现是给人的肢体动作及身体微动带来了新的表达方式。人的情绪激动时，动作较快，光强较强；人的情绪平稳时，动作较慢，光强较弱。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术制备出微纳复合结构的掺杂硫化锌的示意图、扫描电子显微镜图片、发射光强与输入动能之间的数据曲线和掺杂硫化锌的XRD图；a中示意说明了微纳复合结构可以增强摩擦性，从而大大提供了力致发光的灵敏性，b中掺杂硫化锌的扫描电子显微镜图，图中微米颗粒尺寸约为2μm，纳米颗粒尺寸约为100nm，c中展示了微米掺杂硫化锌、微纳复合结构的掺杂硫化锌和纳米掺杂硫化锌对力的响应性能。图2是本专利技术不同种类纳米颗粒与微米掺杂硫化锌复合结构的力致发光性能图。图3是本专利技术应用于增强现实的数据图。a中将微纳复合结构的掺杂硫化锌贴于手指的十四个关节处，以手部动作为例，说明对手势的增强现实应用，b中为主成分分析(PCA)，c中为层序聚类分析(HCA)。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术的专利技术人在研究的过程中发现，通过向微米的掺杂硫化锌中引入纳米颗粒，可以起到增强摩擦，从而大大提高了掺杂硫化锌的力致发光性能。其灵敏性按照压强计算，检测限在5Pa，按照能量计算，检测限在1μJ，比微米掺杂硫化锌的灵敏性提高了一个数量级以上，可以感知心跳脉搏等微小力学信号，实现了高精度响应，响应时间为10ms，从而实现了实时响应。微纳复合结构的掺杂硫化锌可以由超声破碎制备，也可以由湿法共混得到。将材料贴附于人体各个肌肉群、心脏和脉搏等部位，当完成某一动作的时候，相应肌肉部位即可发光，通过收集数据与分析，可以得到人的情绪、力量和心跳脉搏等健康状况，实现多感知，并且通过光的形式表现出来，实现多输出。由于其是将动态力转化为可见光，所以给了增强现实新的定义。不同于以往由程序设定好的被动式的增强现实体验，其给人的肢体动作及身体微动带来了新的表达方本文档来自技高网...

【技术保护点】
微纳复合结构的掺杂硫化锌制备及其在增强现实上的应用。

【技术特征摘要】
1.微纳复合结构的掺杂硫化锌制备及其在增强现实上的应用。2.根据权利要求1所述的结构，其中，所述微纳复合结构为纳米颗粒吸附在微米颗粒上所得；优选的，所述纳米颗粒的直径为5-200nm；优选的，所述微米掺杂硫化锌颗粒的直径为2-50μm；优选的，所述微纳颗粒直径比为20，摩尔比为1∶200时，掺杂硫化锌的力致发光灵敏性最强。3.根据权利要求1所述的制备，其中，所述微纳复合结构的掺杂硫化锌制备方法包括：将过渡金属元素掺杂的硫化锌粉末分散于乙醇中，于室温下超声破碎72-96小时，超声功率为1600-2000W，得到微纳颗粒直径比为20-30；优选的，掺杂硫化锌粉末与乙醇的质量比为1∶10，超声破碎时每工作2-3秒，休息1-2秒，避免体系过热。4.根据权利要求1、2和3所述的纳米颗粒，其中，纳米颗粒可以是微米掺杂硫化锌超声破碎而来，也可以是采用湿法混合-干燥的方式加入，在粒径相同的前提下，纳米颗粒的莫氏硬度越高，微纳复合结构的掺杂硫化锌力致发光性能越好；优选的，采用100nm二氧化硅纳米球效果好于100nm掺杂硫化锌颗粒效果好于100nm聚苯乙烯球；优选的，将100nm二氧化硅纳米球与2μm掺杂硫化锌微米颗粒按照摩尔比200∶1分散于乙醇中，60℃下搅拌48-72小时，25-60℃下干燥。得到的二氧化硅纳米球均匀吸附在掺杂硫化锌微米颗粒上，形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱鑫，周雪，李风煜，宋延林，
申请(专利权)人：北京中科卓研科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11