一种基于导电水凝胶注射的柔性传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于导电水凝胶注射的柔性传感器及其制备方法。该柔性传感器具有类皮肤的柔性形变，包括封装层，形成在所述封装层内的柔性应变部件，以及连接所述柔性应变部件的金属电极，其中，所述柔性应变部件通过注射导电水凝胶形成。本发明专利技术提供的柔性传感器制备过程工艺简单，检测灵敏度高，能够广泛应用于实时健康监测、柔性机器人、临床诊断、柔性电子皮肤等领域。子皮肤等领域。子皮肤等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于导电水凝胶注射的柔性传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及传感器
，更具体地，涉及一种基于导电水凝胶注射的柔性传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]人类的皮肤是一种柔软的，可拉伸的，大型且高度集成的多功能传感系统，是实现人体触觉的载体。科学家们希望借助柔性电子技术，从力学性能和传感能力上模仿皮肤来制造如皮肤一样柔软、可拉伸的电子器件以获取外界的压力、温度等物理信号，即所谓的“电子皮肤”。
[0003]水凝胶由亲水性高分子网络将水包裹在其网络孔隙中形成，同时展现出固体和流体的性质。相比于其他传统材料，通过改变水凝胶组分，使其杨氏模量在大范围内可调，跨度范围通常与包括皮肤在内的生物组织器官的杨氏模量相匹配，故能在生物组织与电子器件之间形成无缝界面，使其近年来在电子皮肤领域得到广泛使用。近年来，通过材料工程的手段，在水凝胶中添加电荷载体，使原本绝缘的水凝胶具备导电能力。基于这些导电水凝胶的柔性传感器，为人体运动提供了敏感且可靠的电响应，例如对手指，肘部或膝盖的弯曲实现灵敏响应。
[0004]然而，目前大部分基于导电水凝胶的柔性传感器只能探测到较大幅度的人体运动信号，较难实现反映人体生命体征(呼吸，心率，血压等)的微弱生理指标进行检测。此外，利用导电水凝胶制备传感器需要一些简单且适用性广的方法来实现传感器从简单的材料水平到集成系统的飞跃。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于导电水凝胶的柔性传感器及其制备方法，通过材料注射技术将导电水凝胶材料制作为类皮肤的柔性传感器，实现对动物和人体的微弱生理信号的检测。
[0006]根据本专利技术的第一方面，提供一种基于导电水凝胶注射的柔性传感器，该柔性传感器具有类皮肤的柔性形变，包括封装层，形成在所述封装层内的柔性应变部件，以及连接所述柔性应变部件的金属电极，其中，所述柔性应变部件通过注射导电水凝胶形成。
[0007]在一个实施例中，所述导电水凝胶是碳纳米管-聚(3，4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸盐-聚乙烯醇-聚丙烯酰胺水凝胶，杨氏模量是1kPa。
[0008]在一个实施例中，所述柔性传感器是柔性微型拉伸传感器、柔性微型压力传感器或柔性微型生理信号传感器。
[0009]根据本专利技术的第二方面，提供一种基于导电水凝胶注射的柔性传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0010]制备导电水凝胶；
[0011]将所述导电水凝胶经由注射器注射至封装层内形成柔性应变部件或注射到柔性
膜表面形成柔性应变部件；
[0012]将用于采集应变信号的金属电极与所述柔性应变部件连接，制得所述柔性传感器。
[0013]在一个实施例中，所述柔性传感器是采用以下步骤制备的柔性微型拉伸传感器：
[0014]将所述导电水凝胶装入注射器中，并经由注射器将所述导电水凝胶挤入到硅橡胶管内；
[0015]在所述硅橡胶管两端插入金属导线与所述导电水凝胶接触，并对所述硅胶管两端开口进行封装，制得所述柔性微型拉伸传感器。
[0016]在一个实施例中，所述注射器的针头内径是250μm。
[0017]在一个实施例中，所述硅橡胶管的内径是300μm、长度为3cm。
[0018]在一个实施例中，采用氰基丙烯酸胶对所述硅胶管两端开口进行封装。
[0019]在一个实施例中，所述柔性传感器是采用以下步骤制备的柔性微型压力传感器：
[0020]将导电聚合物墨水通过喷墨打印沉积在经等离子体处理的聚酰亚胺薄膜表面形成互联线，所述互联线具有分布的间断处；
[0021]将所述导电水凝胶经由注射器注射至所述互联线的间断处并填满；
[0022]在所述聚酰亚胺薄膜表面涂覆一层硅橡胶作为封装层，制得所述柔性微型压力传感器。
[0023]在一个实施例中，所述导电聚合物墨水是聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的优点在于，基于导电水凝胶注射技术制造的柔性传感器具备更小的器件尺寸，能够实现例如呼吸、脉搏等微弱生理信号的精确检测。
[0025]通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
[0026]被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本专利技术的原理。
[0027]图1是根据本专利技术一个实施例的制备柔性微型拉伸传感器的过程示意；
[0028]图2是根据本专利技术一个实施例的柔性微型拉伸传感器的实物示意图；
[0029]图3是根据本专利技术一个实施例的制备柔性微型压力传感器的过程示意；
[0030]图4是根据本专利技术一个实施例的柔性微型拉伸传感器的拉伸检测曲线的示意图；
[0031]图5是根据本专利技术一个实施例的柔性微型拉伸传感器对手指弯曲的检测的示意图；
[0032]图6是根据本专利技术一个实施例的柔性微型拉伸传感器对不同状态的小鼠进行检测的示意图；
[0033]图7是根据本专利技术一个实施例的柔性微型压力传感器对人体桡动脉脉搏和颈动脉脉搏的检测的示意图。
[0034]附图中，Time-时间；Anaesthetic-麻醉；Pinch-掐；Alcohol-酒精刺激；Free-moving-自由活动；Strain sensor-拉伸传感器；Stain-拉伸；Mean-平均；Fitting line-拟合线；PI substrate-PI基底，PDMS-聚二甲基硅氧烷；PI-聚酰亚胺。
具体实施方式
[0035]现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。
[0036]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。
[0037]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0038]在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0039]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0040]在本专利技术实施例中，基于导电水凝胶注射技术制备柔性传感器，包括柔性微型拉伸传感器、柔性微型压力传感器和微型生理信号传感器等，所制备的传感器能够实现类皮肤的柔性形变，并能够精确检测微弱生理信号，可广泛应用于实时健康监测、柔性机器人、临床诊断、柔性电子皮肤和智能家居等领域。
[0041]本专利技术实施例提供的柔性传感器包括封装层，形成在封装层内的柔性应变部件，以及连接柔性应变部件的金属电极，其中，柔性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于导电水凝胶注射的柔性传感器，该柔性传感器具有类皮肤的柔性形变，包括封装层，形成在所述封装层内的柔性应变部件，以及连接所述柔性应变部件的金属电极，其中，所述柔性应变部件通过注射导电水凝胶形成。2.根据权利要求1所述的基于导电水凝胶注射的柔性传感器，其中，所述导电水凝胶是碳纳米管-聚(3，4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸盐-聚乙烯醇-聚丙烯酰胺水凝胶，杨氏模量是1kPa。3.根据权利要求1所述的基于导电水凝胶注射的柔性传感器，其中所述柔性传感器是柔性微型拉伸传感器、柔性微型压力传感器或柔性微型生理信号传感器。4.一种基于导电水凝胶注射的柔性传感器的制备方法，包括以下步骤：获取导电水凝胶；将所述导电水凝胶经由注射器注射至封装层内形成柔性应变部件或注射到柔性膜表面形成柔性应变部件；将用于采集应变信号的金属电极与所述柔性应变部件连接，制得所述柔性传感器。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述柔性传感器是采用以下步骤制备的柔性微型拉伸传感器：将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶丰明，鲁艺，李梦，曹燚，孙重阳，王璐璐，潘苏婉，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：