[发明专利]一种基于皮肤的电信号输出装置和电信号输出方法

说明书

本发明利用人体皮肤和摩擦层材料具有不同摩擦电性质而构建出单电极的电信号输出装置和电信号输出方法。能够有效收集人体活动中所产生的机械能，并将其转化为电能储存，同时也能够通过电信号的收集来监测人体的微小活动，在医疗、健康等领域具有广泛的应用，兼具成本低、自驱动和结构简单等特点。

技术领域

本发明涉及一种电信号输出装置和电信号输出方法，特别涉及一种基于皮肤构建的单电极的电信号输出装置和电信号输出方法。

背景技术

现有摩擦电发电机的工作原理是基于两种不同摩擦电材料的相互接触和分离后能产生表面接触电荷，然后通过电极将该接触电荷输出。但是，所有已经报道的摩擦发电机都是将导电金属在摩擦电薄膜材料表面进行沉积形成所需的电极层，才能够实现对外输出电信号。然而，这种方法直接导致器件的制作成本增加。同时，我们也很难在一些摩擦材料上制作电极，比如皮肤、空气，这些限制极大的妨碍了这种摩擦电发电机的发展。

在日常生活中，人体皮肤表面和很多物体都有接触，比如床、沙发、手机、键盘等。如果可以把摩擦发电机制作在这些物体的表面，这将获取巨大的生物机械能，从而实现对某些电子设备的供电，具有广泛的应用前景。

在医疗和健康监测领域，通常需要对人体的微小动作进行监控，而这些监控设备必须在有电源供电的情况下才能正常工作。由此导致这类监控设备的体积较大，携带和使用起来不方便，同时电池的大量使用也对环境造成极大影响。

发明内容

为了克服现有摩擦发电机在应用过程中所显现的技术缺陷，本发明的目的在于提供一种基于皮肤的电信号输出装置和电信号输出方法。为了达到上述目的，本发明首先提供一种基于皮肤的电信号输出装置，包括：摩擦层、贴合于所述摩擦层下表面的电极层和电阻，其中所述电极层通过所述电阻与等电位源电连接；所述装置在工作时，将所述摩擦层的上表面与所述皮肤面对面设置，电信号输出端分别从所述电阻的两端接出；

优选地，所述摩擦层与所述皮肤之间能够发生接触和分离；或者，所述摩擦层和所述皮肤之间能够发生滑动摩擦，并且所述皮肤与下表面贴合有所述电极层的那部分所述摩擦层之间的接触面积发生变化；

优选地，所述装置与所述皮肤之间不固定，或者，通过所述装置的边角固定在所述皮肤的表面；

优选地，所述摩擦层的材料选自以下物质：聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯丁二烯、天然橡胶、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷和聚四氟乙烯；

优选地，在所述摩擦层的上表面全部或部分设置微纳结构；

优选地，所述微纳结构选自纳米线、微米线、纳米颗粒、纳米棒、微米棒、纳米管、微米管、纳米花，以及由这些结构组成的阵列；

优选地，所述微纳结构为通过光刻蚀等方法制备的线状、立方体、或者四棱锥形状的阵列，阵列中每个微纳结构单元的尺寸在纳米到微米量级；

优选地，所述微纳结构单元的尺寸为10nm-50μm；

优选地，所述电极层材料选自金属、合金、铟锡氧化物、有机物导体或掺杂的半导体；

优选地，所述金属为金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬或硒；所述合金为金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬和硒中的2种以上物质所形成的合金，所述导电氧化物为氧化铟锡ITO；所述有机物导体为自聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺和/或聚噻吩；

优选地，电极层由若干贴合在所述摩擦层下表面的分立的电极单元构成，每个所述电极单元均通过电阻与所述等电位源电连接；

优选地，每个所述电极单元为规则或不规则图形，并且各所述电极单元的尺寸和形状相同或不同；