一种柔性多功能传感器、系统及制备方法技术方案

本发明专利技术公开的一种柔性多功能传感器、系统及制备方法，包括从顶层到底层依次设置的摩擦纳米发电机、柔性电容压力传感层和底电极；柔性电容压力传感层包括贴附在一起的微结构离子凝胶膜和离子凝胶静电纺丝膜；摩擦纳米发电机包括摩擦层和双面电极，摩擦层位于双面电极的其中一面电极上，双面电极的另一面电极贴附于微结构离子凝胶膜上；底电极贴附于离子凝胶静电纺丝膜上。实现了对佩戴者动作和接触物体性质的同时检测。性质的同时检测。性质的同时检测。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性多功能传感器、系统及制备方法


[0001]本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种柔性多功能传感器、系统及制备方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]在人机交互等智能领域传感元件必不可少，传感器的柔性小型化为大势所趋，多元传感也变得越来越重要。
[0004]作为智能人机交互的重要组成部分，传感器的柔性以及检测的多元化日益突出。但是以往的柔性传感器仅能单独佩戴者的动作或物体性质，无法实现对佩戴者动作和物体性质的同时检测，且同时佩戴多个传感器又会冗杂，使得人机交互的智能性受到限制杂。
[0005]专利技术人认为，如何实现对佩戴者动作以及传感器触碰到物体性质的同时检测，即实现传感器检测的多元化是目前亟需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种柔性多功能传感器、系统及制备方法，实现了对佩戴者动作和接触物性质的同时检测，实现了传感器检测的多元化。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]第一方面，提出了一种柔性多功能传感器，包括从顶层到底层依次设置的摩擦纳米发电机、柔性电容压力传感层和底电极；
[0009]柔性电容压力传感层包括贴附在一起的微结构离子凝胶膜和离子凝胶静电纺丝膜；
[0010]摩擦纳米发电机包括摩擦层和双面电极，摩擦层位于双面电极的其中一面电极上，双面电极的另一面电极贴附于微结构离子凝胶膜上；
[0011]底电极贴附于离子凝胶静电纺丝膜上。
[0012]第二方面，提出了第一方面提出的一种柔性多功能传感器的制备方法，包括：
[0013]分别制备离子凝胶静电纺丝膜、微结构离子凝胶膜和双面电极；
[0014]将微结构离子凝胶膜和离子凝胶静电纺丝膜贴附在一起，形成柔性电容压力传感层；
[0015]在双面电极的其中一面电极上旋涂摩擦层，形成摩擦纳米发电机；
[0016]将摩擦纳米发电机贴附于微结构离子凝胶膜上；
[0017]将底电极贴附于离子凝胶静电纺丝膜上。
[0018]第三方面，提出了一种基于柔性多功能传感器的人机交互系统，包括：
[0019]第一方面提出的柔性多功能传感器，用于绑定在佩戴者手的各关节和指尖上；
[0020]控制系统，用于根据关节处柔性多功能传感器和指尖处柔性多功能传感器检测的信号，判定佩戴者的动作及抓取物体的性质，控制虚拟人物对佩戴者的动作进行模仿。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0022]1、本专利技术公开的传感器能够通过摩擦纳米发电机检测物体的电正性和电负性，实现对接触物体性质的检测，通过柔性电容压力传感层实现对佩戴者动作的检测，即本专利技术公开的传感器实现了对佩戴者动作和接触物性质的同时检测，能够实现传感器检测的多元化。
[0023]2、本专利技术公开的微结构离子凝胶膜用于与双面电极贴附的一面上设置多个凸起结构作为微结构离子凝胶膜上的微结构，该微结构能够降低微结构离子凝胶膜与双面电极的接触面积，从而提高传感器检测的灵敏度。
[0024]3、本专利技术公开的离子凝胶静电纺丝膜中含有MXene材料，MXene材料作为导电物质的掺杂，用于形成微电容来提高离子凝胶静电纺丝膜的比电容，进而提高高压力下柔性电容压力传感器的灵敏度，最终提高传感范围。
[0025]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0026]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0027]图1为实施例1公开传感器的整体结构示意图；
[0028]图2为实施例1公开的柔性电容压力传感层原理图；
[0029]图3(a)为实施例1提到的柔性电容压力传感材料在不同压力下的电容的稳定响应图；
[0030]图3(b)为实施例1提到的柔性电容压力传感材料在不同压力下的电容的稳定响应图；
[0031]图3(c)为实施例1提到的柔性电容压力传感材料在不同压力下的电容的稳定响应图；
[0032]图4为实施例1公开的微结构离子凝胶膜的场发射扫描电子显微镜(FESEM)图；
[0033]图5为实施例1公开传感器的制备方法的流程图；
[0034]图6为实施例1公开的离子凝胶静电纺丝膜的场发射扫描电子显微镜(FESEM)图；
[0035]图7为实施例1公开传感器的压力传感灵敏度曲线图；
[0036]图8为实施例1公开的摩擦纳米发电机的稳定性图；
[0037]图9为实施例3公开的柔性多功能传感器绑定示意图；
[0038]图10为实施例3公开系统的人机交互图；
[0039]图11为实施例3公开系统的人机交互流程图；
[0040]图12为实施例3公开的控制系统数据传输系统图；
[0041]图13为不同材料摩擦电电学性能图；
[0042]图14为实施例1公开的摩擦纳米发电机泡沫结构扫描电子显微镜(FESEM)图。
[0043]其中：1、摩擦层，2、第一电极，3、隔离层，4、顶电极，5、微结构离子凝胶膜，6、离子凝胶静电纺丝膜，7、底电极，8、衬底。
具体实施方式
[0044]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0045]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0046]实施例1
[0047]在该实施例中，公开了一种柔性多功能传感器，如图1所示，包括从顶层到底层依次设置的摩擦纳米发电机、柔性电容压力传感层和底电极7，底电极7的底层还设置有衬底8。
[0048]柔性电容压力传感层包括贴附在一起的微结构离子凝胶膜5和离子凝胶静电纺丝膜6。
[0049]摩擦纳米发电机包括摩擦层1和双面电极，摩擦层1位于双面电极的其中一面电极上，双面电极的另一面电极贴附于微结构离子凝胶膜5上。
[0050]底电极7贴附于离子凝胶静电纺丝膜6上。
[0051]优选的，微结构离子凝胶膜5自粘附在离子凝胶静电纺丝膜6上。
[0052]微结构离子凝胶膜5通过含有醋酸纤维素与硝酸纤维素的混合纤维素以及1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EMIM][TFSI])制备获得，微结构离子凝胶膜5和离子凝胶静电纺丝膜6形成双层离子凝胶膜，在双层离子凝胶膜中分布着大量正负电荷离子对，与传统电容式压力传感器不同，该双层离子凝胶膜利用了电双层效应，当双层离子凝胶膜受到压力时，由于电双层效应，使得电极上电子与双层离子凝胶膜上的不同电荷离子相互本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性多功能传感器，其特征在于，包括从顶层到底层依次设置的摩擦纳米发电机、柔性电容压力传感层和底电极；柔性电容压力传感层包括贴附在一起的微结构离子凝胶膜和离子凝胶静电纺丝膜；摩擦纳米发电机包括摩擦层和双面电极，摩擦层位于双面电极的其中一面电极上，双面电极的另一面电极贴附于微结构离子凝胶膜上；底电极贴附于离子凝胶静电纺丝膜上。2.如权利要求1所述的一种柔性多功能传感器，其特征在于，底电极的底层还设置有衬底。3.如权利要求1所述的一种柔性多功能传感器，其特征在于，微结构离子凝胶膜用于与双面电极贴附的一面上设置多个微结构。4.如权利要求1所述的一种柔性多功能传感器，其特征在于，微结构离子凝胶膜通过含有醋酸纤维素与硝酸纤维素的混合纤维素以及1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐制备获得。5.如权利要求1所述的一种柔性多功能传感器，其特征在于，离子凝胶静电纺丝膜包括多根复合纳米纤维，且每根复合纳米纤维中均包含MXene。6.如权利要求1所述的一种柔性多功能传感器，其特征在于，双面电极包括第一电极、隔离层和顶电极，第一电极和顶电极分别设置于隔离层的两面，第一电极上设置摩擦层，顶电极贴附于微结构离子凝胶膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李阳，吴世祥，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：