[发明专利]一种柔性可穿戴纸基应变传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器领域，具体的说，涉及一种柔性可穿戴纸基应变传感器及其制备方法。

背景技术

可穿戴设备是一种可以安装在人、动物和物品上，并能感知、传递和处理信息的计算设备，传感器是可穿戴设备的核心器件。传感器具有可穿戴的性能，在智能交通、消费电子、医疗器械、智能家居、工业控制、航空军工等领域具有重要的应变前景。应变传感器是可以用于检测物体受到外界作用力或自身驱动变形所产生的一种传感器。随着科技的不断发展，人民物质条件的不断改善，对于柔性可传感器的电子器件的需要越来越大。目前上市的可穿戴设备五花八门，从智能眼镜到智能手表，从智能服装到智能鞋子，从高尔夫手套到拳击手套，但都和传感器有着密切的联系。例如在消费电子领域，可穿戴的传感器可以方便的佩戴在人的手腕上进行肢体运动的监测；在智能家居领域，可穿戴的传感器可以通过监测家具的形变，来反馈物体是否处于理想的状态。

传统应变传感器一般都是固定在硬质的基底上，不能满足可穿戴同时进行应变监测的要求。2010年，Rogers John A.等（John A. Rogers, Takao Someya, Yonggang Huang. Materials and Mechanics for Stretchable Electronics. Science, 2010, 327(5973): 1603-1607.）指出通过材料的研究制备和器件的优化设计可以实现柔性的传感器的制备。2014年，Rogers John A.等（Sheng Xu, Yihui Zhang, Lin Jia, et al. Soft Microfluidic Assemblies of Sensors, Circuits, and Radios for the Skin. Science, 2014, 344(6179): 70-74.）报道了柔性的可穿戴的传感器具有方便的灵活的持续的监测人体健康状态的能力。然而这种传感器存在制备工艺复杂，需要的制备周期长等不足之处。 2014年，Bao Zhenan等（Alex Chortos, Zhenan Bao. Skin-inspired electronic devices. Materials Today, 2014, 17(7): 321-331.）综述了近几年在柔性的可穿戴的传感器的研究，说明新型的传感器发展很快，在未来的机器人、人类延伸的“第六感”、健康与保健的监控等方面具有重要应用前景，同时文章指出要该类电子器件优化设计还有待进一步发展，需要注意器件性能，节能减耗，制备工艺，成本控制等方面。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种可穿戴、制备工艺简单而且制备周期短的柔性可穿戴纸基应变传感器及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

     一种柔性可穿戴纸基应变传感器，包括绝缘层和导电层，所述绝缘层设置于底端，所述导电层设置于所述绝缘层的上表面，所述绝缘层为具有绝缘特性的纸基，所述导电层为石墨薄膜。

进一步的，所述纸基应变传感器还包括导线固定单元与导线，所述导电层两端的各连接有一导线，所述导线与测量仪器相连，所述导线通过导线固定单元固定于导电层上。

进一步的，所述导线固定单元为导电银胶。

进一步的，所述导电层为连续的矩形结构，其长度与宽度不限。

进一步的，所述绝缘层为矩形结构。

进一步的，所述绝缘层纸基包括打印纸、滤纸、试纸和其它具有粗糙表面的柔性纸。

一种柔性可穿戴纸基应变传感器的制备方法，所述方法步骤如下：

（1）将打印纸裁剪为指定尺寸的矩形形状，制成绝缘层；

（2）用含有石墨的笔将经步骤（1）裁剪好的打印纸的表面涂黑，形成连续不间断的石墨薄膜，制成导电层；

（3）将经步骤（2）得到的导电层沿着长度方向的两端接入导线并用导电银胶固定，得到柔性可穿戴纸基应变传感器。

进一步的，所述绝缘层材料包括打印纸、滤纸、试纸和其它具有粗糙表面的柔性纸。

进一步的，所述含有石墨的笔包括9B、8B、7B、6B、5B、4B、3B、2B、B、HB、F、H、2H、3H、4H、5H、6H、7H、8H、9H、10H等硬度等级的铅笔和其它含石墨的碳笔。