以纸基微流体燃料电池堆作为自供电源的智能尿不湿制造技术

本发明专利技术公开了一种以纸基微流体燃料电池堆作为自供电源的智能尿不湿以及制备方法，其结构原理是在尿不湿中由附在滤纸上的吸收垫、碳纸、碳布等进行组合，以滤纸通道上的尿液为燃料，空气中的氧气作为氧化剂，大肠杆菌作为尿液反应的催化剂，基于燃料电池的电化学反应产生电能，作为监测装置的电源。纸基微流体燃料电池堆作为一个整体置于尿不湿的吸收芯层内，每个智能尿不湿内均配备一个，并且是一次性的。检测装置贴敷于尿不湿底布层外侧，可方便拆装重复使用。尿不湿具有良好的柔性和经济性，纸基微流体燃料电池堆可以随着婴幼儿或病人的动作姿态而随意改变形状且不影响性能。尿不湿产生尿液后，监测装置可通过手机发出提示以及定位功能。

【技术实现步骤摘要】
以纸基微流体燃料电池堆作为自供电源的智能尿不湿
本专利技术属于卫生护理用品制造领域，主要涉及一种智能尿不湿产品及制备方法。
技术介绍
尿不湿作为日常生活用品为婴幼儿、无自理能力的老人和病人等带来极大的方便。但是尿不湿被尿液浸湿后长时间接触人体皮肤，不仅会产生不适感，甚至会患湿疹等皮肤疾病(CN209270088U)。目前尿不湿的浸湿情况主要通过外部颜色的变化来判断，但有时在衣物包裹遮挡下不利于监护人观测，为此就需要监护人时刻注意浸湿状态而极为不便。因此，如果专利技术一种具有报警功能的智能尿不湿，及时提醒监护人更换，则为人们带来极大的福音。目前智能尿不湿主要由尿不湿材料和检测器件组成(CN110507481A，CN110123531A)。普通尿材料包括面层、吸收芯层和底布层；检测器件一般包括传感器、供能元件、数据控制、信号发射等器件。检测器件通过湿度传感元件感知尿不湿内的湿度；压力传感元件通过感知尿液含量引起的吸收芯层增重；数据控制器可根据湿度、压力等参数推断尿不湿中的尿量，然后通过信号发射元件实时将信息传送至手机(APP)，监护人便可实时尿不湿的状态。众所周知，理想的智能尿不湿必须具备以下特点才能被推广使用：(1)使用方便；(2)价格便宜；(3)监测装置安全卫生。但目前智能尿不湿的使用存在许多问题，例如：供能元件普遍使用纽扣(锂离子)电池提供电能，尿不湿都是一次性使用，频繁的更换可能导致检测装置的遗失或被丢弃。而装置中的电池电能未消耗完就会被大量丢弃，造成浪费及环境污染。因此，开发一种满足所述特点，使用方便、成本低廉、环境友好的智能尿不湿，尤其是供能元件，已成为该产品之急需。
技术实现思路
为解决目前智能尿不湿的技术缺陷，本专利技术的目的是提供一种以纸基微流体燃料电池堆作为自供电源的智能尿不湿及其制备方法。以下对本专利技术的原理与技术方案进行说明。本专利技术分为自供电源的智能尿不湿的结构与纸基微流体燃料电池堆的制备方法两部分。以纸基微流体燃料电池堆作为自供电源的智能尿不湿包括：尿不湿基材、滤纸、碳纸、碳布、湿度传感元件、GPRS定位模块、无线通讯模块、微控制单元、智能手机，激光雕刻机、以及静电喷涂仪等。其技术方案是：尿不湿基材由面层、吸收芯层、和底布层构成，由湿度传感元件、GPRS定位模块、无线通讯模块、以及微控制单元组成监测装置。滤纸的一端与吸收垫紧密贴合，滤纸的另一端呈Y形结构，形成两条分支前端。在滤纸的中间边缘位置对称设有碳纸和碳布，由滤纸和吸收垫构成尿液流动的通道，由滤纸及附在滤纸上的吸收垫、碳纸、碳布组合形成一个纸基微流体燃料电池。由4个以上燃料电池组合为纸基微流体燃料电池堆，该燃料电池堆用薄膜封装，滤纸的Y形结构端敞口，作为尿液吸入口。纸基微流体燃料电池堆作为一个整体置于尿不湿基材的吸收芯层内部，监测装置贴敷在底部层的外面。纸基微流体燃料电池堆中每一条滤纸上的碳纸和碳布分别用导线串接在一起，导线终端穿出吸收芯层和底布层，接至监测装置。利用纸基微流体燃料电池堆产生的电能，作为监测装置的工作电源。以纸基微流体燃料电池堆作为自供电源的智能尿不湿的制备方法，其步骤如下：(1)用激光雕刻机将滤纸、吸收垫、碳纸裁做出所需形状，将碳布裁剪出所需形状，其中各材料的长度和宽度分别为：滤纸8cm×2cm；吸收垫2cm×1.5cm；碳纸1.5cm×0.7cm；碳布1.5cm×0.7cm。(2)在Y形结构滤纸的一个分支前端沉积1.5mol/L的H2SO4溶液，在另分支前端沉积3mol/L的KOH溶液，自然风干。(3)起催化氧气反应的催化剂用静电喷涂仪喷涂Pt/C制作成，喷涂在碳纸上，并在碳纸上涂抹Nafion溶液，防止催化剂脱落。(4)大肠杆菌悬浮液配制成催化尿液反应的催化剂，将碳布置于盛有催化剂的瓶中，然后将碳布在冻干机里面冻干。(5)用防水胶带将碳布、碳纸及导线粘贴在滤纸的固定位置。(6)重复前五步操作，制作4个纸基微流体燃料电池，用导线分别将碳纸和碳布串联起来形成一个纸基微流体燃料电池堆。(7)用厚度为0.1mm的PE塑料薄膜将纸基微流体燃料电池堆封装起来，电池堆的分支前端敞口。(8)将电池堆铺设埋入在尿不湿基材的吸收芯层内部，将湿度传感元件的测头信号线、碳纸和碳布导线合为一体，通过接插件与监测装置连接，纽扣式监测装置贴敷在尿不湿基材底部层的外面。本专利技术的主要创新之处在于：纸基微流体燃料电池堆遇到尿液后可以为智能尿不湿监测装置供能，为此构成一种自供能的智能尿不湿。纸基微流控燃料电池堆由多个纸基微流体燃料电池串联组成，该燃料电池以滤纸作为尿液流动的通道，在滤纸通道上以人体尿液为燃料，以空气中的氧气作为氧化剂，大肠杆菌作为尿液反应的催化剂，Pt/C作为空气反应的催化剂，基于燃料电池的电化学反应而产生电能。本专利技术的特点以及产生的有益效果是：(1)以尿液为燃料，通过纸基微流控燃料电池堆反应，为智能尿不湿提供了一种自供能装置，杜绝了目前智能尿不湿中电池电能未消耗完就被丢弃，造成浪费及环境污染。(2)本专利技术具有良好的柔性和经济性，其中纸基微流体燃料电池堆可以根据婴幼儿或病人的姿态随意改变形状且不影响性能，智能尿不湿的监测装置可以方便拆卸，重复利用率高。(3)尿不湿在使用中产生尿液后，监测装置通过手机能够发出提示以及定位功能。(4)使用方便、制造成本低廉、监测装置安全卫生，不会对婴幼儿或病人接触皮肤有任何伤害。附图说明图1是自供电源的智能尿不湿剖的主视面结构示意图。图2是自供电源的智能尿不湿吸收芯层俯视面结构示意图。图3是纸基微流体燃料电池的原理结构示意图。图4是本专利技术中监测装置原理框图。具体实施方式下面是参照附图并通过实施例对本专利技术的原理与结构进行详细地说明。需要说明的是所提出的实施例是为了清楚解释本专利技术的结构原理，并不构成对权利要求技术特征的限定。以纸基微流体燃料电池堆作为自供电源的智能尿不湿其结构与原理：尿不湿基材由面层1、吸收芯层2、和底布层3构成(如图1)；由湿度传感元件、GPRS定位模块、无线通讯模块、以及微控制单元组成监测装置4(如图4)。滤纸6的一端与吸收垫7紧密贴合，滤纸的另一端呈Y形结构，形成两条分支前端。在滤纸的中间边缘位置对称设有碳纸8和碳布9，由滤纸和吸收垫构成尿液流动的通道，由滤纸及附在滤纸上的吸收垫、碳纸、碳布组合形成一个纸基微流体燃料电池。由4个以上燃料电池组合为纸基微流体燃料电池堆5，该燃料电池堆用薄膜封装，滤纸的Y形结构端敞口，作为尿液吸入口10(如图2、图3)。纸基微流体燃料电池堆作为一个整体置于尿不湿基材的吸收芯层内部，监测装置贴敷在底部层的外面(如图1)，纸基微流体燃料电池堆中每一条滤纸上的碳纸和碳布分别用导线11串接在一起，导线终端穿出吸收芯层和底布层，接至监测装置。利用纸基微流体燃料电池堆产生的电能，作为监测装置的工作电源。监测装置中的无线通讯模块与智能手机的APP用户端连接。湿度传感元件的测头安装在所述吸液芯层内，湿度信号线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.以纸基微流体燃料电池堆作为自供电源的智能尿不湿，包括尿不湿基材、滤纸、碳纸、碳布、湿度传感元件、GPRS定位模块、无线通讯模块、微控制单元、智能手机，激光雕刻机、以及静电喷涂仪，尿不湿基材由面层(1)、吸收芯层(2)、和底布层(3)构成，其特征是：由湿度传感元件、GPRS定位模块、无线通讯模块、以及微控制单元组成监测装置(4-6)，滤纸(6-7)的一端与吸收垫(7-8)紧密贴合，滤纸的另一端呈Y形结构，形成两条分支前端，在滤纸的中间边缘位置对称设有碳纸(8-9)和碳布(9-10)，由滤纸和吸收垫构成尿液流动的通道，由滤纸及附在滤纸上的吸收垫、碳纸、碳布组合形成一个纸基微流体燃料电池，由4个以上燃料电池组合为纸基微流体燃料电池堆(5)，该燃料电池堆用薄膜封装，滤纸的Y形结构端敞口，作为尿液吸入口(10-4)，纸基微流体燃料电池堆作为一个整体置于尿不湿基材的吸收芯层内部，监测装置贴敷在底部层的外面，纸基微流体燃料电池堆中每一条滤纸上的碳纸和碳布分别用导线(11-13-14)串接在一起，导线终端穿出吸收芯层和底布层，接至监测装置，利用纸基微流体燃料电池堆产生的电能，作为监测装置的工作电源。/n...

【技术特征摘要】
1.以纸基微流体燃料电池堆作为自供电源的智能尿不湿，包括尿不湿基材、滤纸、碳纸、碳布、湿度传感元件、GPRS定位模块、无线通讯模块、微控制单元、智能手机，激光雕刻机、以及静电喷涂仪，尿不湿基材由面层(1)、吸收芯层(2)、和底布层(3)构成，其特征是：由湿度传感元件、GPRS定位模块、无线通讯模块、以及微控制单元组成监测装置(4-6)，滤纸(6-7)的一端与吸收垫(7-8)紧密贴合，滤纸的另一端呈Y形结构，形成两条分支前端，在滤纸的中间边缘位置对称设有碳纸(8-9)和碳布(9-10)，由滤纸和吸收垫构成尿液流动的通道，由滤纸及附在滤纸上的吸收垫、碳纸、碳布组合形成一个纸基微流体燃料电池，由4个以上燃料电池组合为纸基微流体燃料电池堆(5)，该燃料电池堆用薄膜封装，滤纸的Y形结构端敞口，作为尿液吸入口(10-4)，纸基微流体燃料电池堆作为一个整体置于尿不湿基材的吸收芯层内部，监测装置贴敷在底部层的外面，纸基微流体燃料电池堆中每一条滤纸上的碳纸和碳布分别用导线(11-13-14)串接在一起，导线终端穿出吸收芯层和底布层，接至监测装置，利用纸基微流体燃料电池堆产生的电能，作为监测装置的工作电源。


2.按照权利要求1所述的以纸基微流体燃料电池堆作为自供电源的智能尿不湿，其特征在于：所述监测装置中的无线通讯模块与智能手机的APP用户端连接。


3.按照权利要求1所述的以纸基微流体燃料电池堆作为自供电源的智能尿不湿，其特征在于：所述湿度传感元件的测头安装在所述吸液芯层内，湿度信号线穿出吸收芯层和底布层，接至监测装置中的湿度传感元...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘智，马继成，支沛瑶，白富强，焦魁，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12