[发明专利]一种仿生贴附型可穿戴健康监测传感器制造方法

说明书

一种仿生贴附性可穿戴健康监测传感器制造方法，先使用3D打印技术制备一个蘑菇微阵列负复形的孔模具，并进行表面处理；然后在孔模具表面喷涂制备一层银纳米线柔性底电极；再将配置好的压电复合材料浇筑到孔模具上，真空除泡，使得压电复合材料填满孔模具的孔内部，放入烘箱加热，固化压电复合材料；然后在压电复合材料表面喷涂制备一层银纳米线柔性顶电极，在银纳米线柔性顶电极和银纳米线柔性底电极之间直接施加直流电压，极化压电复合材料获得压电性；最后从孔模具脱模得到最终粘附可穿戴柔性传感器；本发明可高效率、低成本的制造出具有不同结构特征蘑菇结构末端的可贴附性柔性压电传感器，提高传感器灵敏度，降低信噪比，无需外接电源。

技术领域

本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及一种仿生贴附型可穿戴健康监测传感器制造方法。

背景技术

柔性电子技术的快速发展使得新一代智能手机、智能手表和智能腕带不仅能够完成通讯功能，还要求可以监测环境变化，提供个人健康信息等。现在市场上的可穿戴电子器件还处于早期发展阶段，生物兼容性的材料、灵敏度更高的传感器以及微型化能源器件仍然需要进一步革新，以完成更加柔性多功能和集成化的设计。要实现这些应用，发展自驱动高灵敏度柔性传感技术是关键。为了实现人体健康信号的高精度检测，多种传感机制的柔性传感器相继开发，其中压阻复合材料传感器轻质、柔软、分辨率高，但输出往往有滞后性；电容传感器响应速度快、灵敏度高，但测试系统较为复杂，且信号容易受寄生电容等干扰，此外，以上传感器工作时都需要外接激励电源，额外增加的供电模块使可穿戴系统设计更为复杂，且在测试过程中外加的激励电源对人体有着潜在的危害，不符合可穿戴传感器轻便、生物兼容的发展趋势。压电材料在外力作用下会产生一个与应变成比例的电压输出，具有频响范围宽、响应速度快，灵敏度高等特点，利用压电材料制备的柔性传感器为自供电传感器，无需外加电源，符合柔性电子器件轻便节能的发展趋势，是发展柔性可穿戴人体健康传感器的理想材料。

要实现人体微弱信号的高精度检测，除了需要高灵敏度的柔性传感单元，还需要可穿戴柔性传感器能够与人体的皮肤充分贴合，且传感器能够随着皮肤一起发生相应的变形，辨识微小信号差异。目前已报道的大多数柔性传感器采用创可贴将传感器贴合在人体皮肤表面或者使用医用弹性绷带将传感器固定在被测试部位，这些固定方法都很难完全将传感器贴合在应变比较大或者人体表皮比较脆弱的部位，如眼皮，关节处，尤其是在人体运动过程中，较大的应变很容易造成传感器的脱落。此外，传感器与皮肤的长时间贴合还需要考虑透气性，舒适性等问题，在不干扰人体正常工作、生活的前提下，实现传感器与人体皮肤的长时间有效贴合，完成人体微弱信号的提取是新一代可穿戴人体健康传感器亟待解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种仿生贴附型可穿戴健康监测传感器制造方法，将高性能压电低维材料与柔性聚合物材料配制成柔性压电复合材料实现自驱动传感，同时在传感器表面制备壁虎脚掌仿生蘑菇微结构，利用阵列化蘑菇微结构的粘附力实现传感器与人体皮肤的有效贴合，从而实现人体微弱健康信号的高精度传感。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种仿生贴附性可穿戴健康监测传感器制造方法，包括以下步骤：

第一步，翻膜模具制备及处理：使用3D打印技术制备一个蘑菇微阵列负复形的孔模具1，并进行表面处理，使其利于后续翻膜后的脱模；

第二步，喷涂制备银纳米线柔性底电极：在孔模具1表面喷涂制备一层银纳米线柔性底电极2；

第三步，将压电复合材料模塑复形：将配置好的压电复合材料3浇筑到喷涂有银纳米线柔性底电极2的孔模具1上，真空除泡，使得压电复合材料3填满孔模具1的孔内部，放入烘箱加热，固化压电复合材料3；

第四步，喷涂制备银纳米线柔性顶电极并极化：在压电复合材料3表面喷涂制备一层银纳米线柔性顶电极4，在银纳米线柔性顶电极4和银纳米线柔性底电极2之间直接施加直流电压5，极化压电复合材料3获得压电性；