[发明专利]一种穿戴式柔性压力传感器及其制备方法

说明书

本发明属于柔性电子与传感器技术领域，具体涉及一种穿戴式柔性压力传感器及其制备方法。该可穿戴式柔性压力传感器包括上支撑基体，超柔软Ecoflex压力探测头，PVDF压电薄膜，阵列化微凸台支撑结构，下支撑基体五个部分。超柔软Ecoflex压力探测头可感受到压力而发生变形，进而压迫PVDF压电薄膜发生变形而输出电学信号。本发明还公开了该穿戴式柔性压力传感器的制备方法。这种超柔性探头加鼓形基体能很灵敏地感知测量到人体的微弱的脉搏跳动力，解决了可穿戴智能设备中无法测量压力信号、非柔性的问题。还具有体积小巧、佩戴舒适、使用寿命长、制作成本低廉等优点，适合大规模生产使用。

技术领域

本发明属于柔性电子与传感器技术领域，更具体地，涉及一种穿戴式柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

随着电子信息技术的发展，可穿戴式智能设备已逐步走进人们的生活，能够实时地监测人体的运动、健康等信息，极大地方便和丰富了我们的生活。但是，目前的可穿戴式智能设备却几乎没有测量压力的模块，无法直接测量人体的一些压力信号，比如人体脉搏的跳动(反映人体的心率、血压等健康信息)。目前的可穿戴式智能设备，如37度智能手环大多都是采用光学测量的方式，对人体的血压信息进行估算，另外也极大地受到环境光、肤色等因素的影响。另外，目前的可穿戴式智能设备大多都是硬质的测量模块加橡胶的表带的半柔性设计，不能很好地适应人体表皮的舒适性穿戴。专利【CN103582451A】采用光传感器测量脉搏，无法直接测量压力信号；专利【CN204147018U】虽然能测压力，但是还包含气囊、处理器等部件，装置复杂，体积过大；专利【CN203619542U】虽然是超薄型脉搏传感器，但是传感器整体厚度还是较大，且器件完全非柔性，影响佩戴的舒适性，并且该传感器的过载能力不强，适应性和使用寿命有限。总的来说，这些传感器都有着体积过大、非柔性、过载能力不够、适应性不强的特点无法应用于可穿戴电子设备。

针对上述技术问题，目前还没有看到一种体积小巧、柔韧性好且适应性强的压力传感器，如何解决上述技术难点，设计种适合穿戴的压力传感器，使其能够准确地测量到人体的压力信号，且适合长期佩戴使用，是本发明要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种穿戴式柔性压力传感器及其制备方法。该穿戴式柔性压力传感器包括上支撑基体，超柔软Ecoflex压力探测头，PVDF压电薄膜，阵列化微凸台支撑结构，下支撑基体五个部分。脉搏跳动力使超柔软Ecoflex压力探测头发生变形，进而压迫PVDF压电薄膜发生变形而输出电学信号。本发明提出采用超柔性探头来完成对微小的脉搏跳动力的灵敏感知的方案，极大程度地减小了柔性压力传感器的整体厚度，提高了其柔性，使其适合穿戴使用。这种超柔性探头加鼓形基体能很灵敏地感知测量到人体的微弱的脉搏跳动力，解决了穿戴智能设备中无法测量压力信号、非柔性的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种穿戴式柔性压力传感器，其特征在于，其包括上支撑基体、压力探头和下支撑基体，

所述下支撑基体为中间凹陷的圆盘结构，该下支撑基体的凹陷区域放置有支撑结构，所述支撑结构表面设置有阵列化微凸台，所述压力探头套设在所述下支撑基体外部，所述压力探头和支撑结构之间设置有一压电薄膜，

所述上支撑基体套设在压力探头外部，所述压力探头的中间有凸出结构，所述压力探头的凸出结构从上支撑基体上端的开孔中穿出，略高于所述上支撑基体，以探测外部压力。

优选地，所述上支撑基体和下支撑基体均用聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料浇铸而成，所述压力探头和支撑结构均采用超软铂催化硅橡胶(Ecoflex)材料制备而成，所述压电薄膜采用聚偏氟乙烯(PVDF)材料制备而成。

优选地，所述支撑结构先采用光的衍射效应对厚光刻胶光刻显影，制备出具有阵列化微凸台的支撑结构的微模具，再采用制得的微模具利用Ecoflex材料浇铸得到所述支撑结构。