健康监测系统及其制备方法技术方案

本发明专利技术公开了一种健康监测系统的制备方法，包括：提供一衬底；在衬底上形成柔性压力传感器、电阻式温度传感器、电容式湿度传感器、生物化学传感器、量子点敏化太阳能电池，形成柔性压力传感器包括：采用飞秒激光多丝加工技术在氮气氛围下烧蚀出具有蜂窝状微结构的第一硅模板；利用第一硅模板，采用倒模工艺处理聚二甲基硅氧烷薄膜，形成具有蜂窝状微结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层，该聚二甲基硅氧烷薄膜层与第一硅模板具有相反的微结构；将具有蜂窝状微结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层转移至第一基底层上；在具有蜂窝状微结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层上形成MXene活性材料层；在MXene活性材料层上形成叉指电极层，以输出MXene活性材料层在受压状态下产生的电信号。层在受压状态下产生的电信号。层在受压状态下产生的电信号。

【技术实现步骤摘要】
健康监测系统及其制备方法


[0001]本专利技术的至少一种实施例涉及一种健康监测系统，尤其涉及一种人体健康监测系统及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着物联网的快速发展，在诸多光子、电子功能器件中，远程人体生理信号的可靠监测系统对于疾病诊断和健康评估至关重要。为此，各种传统的传感设备已被开发用于检测人体生理活动，例如基于红外的光电设备及刚性多电极压力传感器等，但由于这些传感器件其便携性和可穿戴性差，因而在日常监测中的应用受到限制。
[0003]近年来，柔性电阻式压力传感器由于其简单的器件结构，读取和分析输出电信号的简单性以及低能耗引起了广泛关注，这种传感器不仅能够将人体生理活动转化为可读的电信号，而且在可穿戴医疗保健系统和智能医疗诊断方面具有巨大的应用潜力。对于压阻式传感器而言，通过在组成传感器的柔性薄膜上引入3
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D微结构是目前较为有效提高其灵敏度的方式。目前的制备技术或是高度可定制，但昂贵耗时且需要多个步骤的光刻，或是利用天然存在的材料作为模具，低成本且简单，但无法自由定制微结构的加工技术。由此可见，需要开发一种低成本、高效且可定制的技术以用于传感器微结构的制备，从而有效的提升压力传感器的传感性能。此外，选择合适的活性材料同样是制备低成本、高性能压阻传感器的关键。
[0004]目前关于柔性传感器的研究主要集中在具备单一功能的传感器，如柔性触觉传感器、柔性热觉传感器等，对具备多种功能的传感器研究较少。对于人体健康监测系统，对不同种类的物理信号的多重响应是未来的发展方向，也是当今的研究热点和重点。为此，同时附加温度、湿度多物理量的感知并兼容生物化学检测能力对身体探查具有重要的现实意义。与此同时，对于便携式可穿戴人体生理信号的可靠监测系统的搭建，还需轻巧、高效的电源作为支撑以对该系统进行供电。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种健康监测系统的制备方法，通过在衬底上形成柔性压力传感器、电阻式温度传感器、电容式湿度传感器、生物化学传感器、量子点敏化太阳能电池，可实现不同种类的物理信号的多重响应，即同时具备人体生理信号、温度、湿度以及汗液中的代谢物的检测能力。
[0006]本专利技术提供一种健康监测系统的制备方法，包括：
[0007]提供一衬底；以及
[0008]在衬底上形成柔性压力传感器、电阻式温度传感器、电容式湿度传感器、生物化学传感器、量子点敏化太阳能电池，形成柔性压力传感器包括：采用飞秒激光多丝加工技术在氮气氛围下烧蚀出具有蜂窝状微结构的第一硅模板；利用第一硅模板，采用倒模工艺处理聚二甲基硅氧烷薄膜，形成具有蜂窝状微结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层，具有蜂窝状微结
构的聚二甲基硅氧烷薄膜层与第一硅模板具有相反的微结构；将具有蜂窝状微结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层转移至第一基底层上；在具有蜂窝状微结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层上形成MXene活性材料层；以及在MXene活性材料层上形成叉指电极层，以输出MXene活性材料层在受压状态下产生的电信号。
[0009]根据本专利技术的实施例，在衬底上形成生物化学传感器包括：利用飞秒激光多丝加工技术在第二基底层上形成具有多级微纳结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层；采用物理气相沉积法在具有多级微纳结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层上沉积金薄膜层；其中，生物化学传感器适用于连续地感测用户汗液中的生理学参数。
[0010]根据本专利技术的实施例，金薄膜层的厚度为20nm，沉积速率为0.15nm/s。
[0011]根据本专利技术的实施例，利用飞秒激光多丝加工技术在第二基底层上形成具有多级微纳结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层包括：采用激光照射硅表面，形成具有多级微纳结构的第二硅模板；利用第二硅模板，采用两次软光刻倒模工艺处理聚二甲基硅氧烷薄膜，形成具有多级微纳结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层；其中，激光为百TW/cm2量级，激光的脉冲中心波长为800nm，重复频率为1000Hz，脉宽为40fs，激光经过焦距为0.75m的平凸透镜在空气中聚焦。
[0012]根据本专利技术的实施例，采用两次软光刻倒模工艺处理聚二甲基硅氧烷薄膜，形成具有多级微纳结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层包括：利用第二硅模板，采用第一次软光刻倒模工艺将聚二甲基硅氧烷薄膜制作为具有与第二硅模板相反微结构的第一模板；以及利用第一模板，采用第二次软光刻倒模工艺将聚二甲基硅氧烷薄膜制作为具有与第二硅模板相同微结构的具有多级微纳结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层。
[0013]根据本专利技术的实施例，量子点敏化太阳能电池包括ZnS/CdSe/CdS/黑TiO2光阳极和CuS对电极；在衬底上形成量子点敏化太阳能电池包括：采用飞秒激光多丝加工技术制备氮掺杂黑TiO2，利用氮掺杂黑TiO2形成ZnS/CdSe/CdS/黑TiO2光阳极。
[0014]根据本专利技术的实施例，采用飞秒激光多丝加工技术制备氮掺杂黑TiO2包括：采用飞秒激光多丝加工技术在氮气环境及尿素溶液环境下辐照TiO2悬浮液；其中，飞秒激光的单脉冲能量固定在1.8mJ。
[0015]根据本专利技术的实施例，采用飞秒激光多丝加工技术制备氮掺杂黑TiO2包括：采用飞秒激光多丝加工技术在氮气环境下辐照TiO2粉末；其中，飞秒激光的单脉冲能量固定在1.0mJ。
[0016]本专利技术还提供一种利用上述的制备方法得到的健康监测系统，包括：
[0017]柔性压力传感器，包括：第一基底层，第一基底层为聚对苯二甲酸乙二醇酯；具有蜂窝状微结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层，位于第一基底层上，适用于感测压力信号；MXene活性材料层，位于具有蜂窝状微结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层上，适用于在受压状态下产生电信号；以及叉指电极层，位于MXene活性材料层上，适用于输出电信号。
[0018]根据本专利技术的实施例，柔性压力传感器为压阻式压力传感器。
[0019]根据本专利技术的实施例，上述的健康监测系统还包括：电阻式温度传感器，适用于连续地感测用户皮肤的温度信号；电容式湿度传感器，适用于连续地感测用户皮肤的湿度信号；生物化学传感器，适用于连续地感测用户汗液中的生理学参数；量子点敏化太阳能电池，适用于为柔性压力传感器、电阻式温度传感器、电容式湿度传感器、生物化学传感器供
电。
[0020]根据本专利技术上述的实施例提供的健康监测系统的制备方法，通过在衬底上形成柔性压力传感器、电阻式温度传感器、电容式湿度传感器、生物化学传感器、量子点敏化太阳能电池，提供一种轻巧、便携式健康监测系统，可实现不同种类的物理信号的多重响应，即同时具备人体生理信号、温度、湿度以及汗液中的代谢物的检测能力，并采用量子点敏化太阳能电池作为健康监测系统的电源。
[0021]根据本专利技术上述的实施例提供的健康监测系统的制备方法，通过采用飞秒激光多丝加工技术制备具有蜂窝状微结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层，可以实现低成本、高效、大面积、可定制地制备柔性压力传感器。
[0022]根据本专利技术上述的实施例提供的健康监测系统的制备方法，基于百TW/cm2量级高强度激光实现SERS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种健康监测系统的制备方法，其特征在于，包括：提供一衬底；以及在所述衬底上形成柔性压力传感器、电阻式温度传感器、电容式湿度传感器、生物化学传感器、量子点敏化太阳能电池，形成所述柔性压力传感器包括：采用飞秒激光多丝加工技术在氮气氛围下烧蚀出具有蜂窝状微结构的第一硅模板；利用所述第一硅模板，采用倒模工艺处理聚二甲基硅氧烷薄膜，形成具有蜂窝状微结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层，所述具有蜂窝状微结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层与所述第一硅模板具有相反的微结构；将所述具有蜂窝状微结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层转移至第一基底层(11)上；在所述具有蜂窝状微结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层(12)上形成MXene活性材料层(13)；以及在所述MXene活性材料层(13)上形成叉指电极层(14)，以输出所述MXene活性材料层在受压状态下产生的电信号。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述衬底上形成所述生物化学传感器包括：利用飞秒激光多丝加工技术在第二基底层上形成具有多级微纳结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层；采用物理气相沉积法在所述具有多级微纳结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层上沉积金薄膜层；其中，所述生物化学传感器适用于连续地感测用户汗液中的生理学参数；优选地，所述金薄膜层的厚度为20nm，沉积速率为0.15nm/s。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，利用飞秒激光多丝加工技术在第二基底层上形成具有多级微纳结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层包括：采用激光照射硅表面，形成具有多级微纳结构的第二硅模板；利用所述第二硅模板，采用两次软光刻倒模工艺处理聚二甲基硅氧烷薄膜，形成所述具有多级微纳结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层；优选地，所述激光为百TW/cm2量级，所述激光的脉冲中心波长为800nm，重复频率为1000Hz，脉宽为40fs，所述激光经过焦距为0.75m的平凸透镜在空气中聚焦。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，采用两次软光刻倒模工艺处理聚二甲基硅氧烷薄膜，形成所述具有多级微纳结构的聚二甲基硅氧烷薄膜层包括：利用所述第二硅模板，采用第一次软光刻倒模工艺将聚二甲基硅氧烷薄膜制作为具有与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，苏越，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：