[发明专利]一种三维折叠式呼吸自驱动柔性呼吸监测传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种三维折叠式呼吸自驱动柔性呼吸监测传感器，其特征在于，包括内部中空的盒体结构，所述盒体结构的底壁上设有均呈波浪型板的第一摩擦单元和第二摩擦单元，所述第一摩擦单元和第二摩擦单元均包括依次层叠的基底层、导电电极层、摩擦层，所述第二摩擦单元固定于盒体结构的底壁，所述第一摩擦单元的摩擦层与第二摩擦单元的摩擦层正相对；

所述第一摩擦单元的基底层处设有受力挡板，所述盒体结构与受力挡板之间连接有气球，所述气球与盒体结构上设置的进气管连通，所述盒体结构的侧壁还设有出气管，在人体呼吸作用下，所述气球通过挡板带动第一摩擦单元的摩擦层与第二摩擦单元的摩擦层不断接触分离；

所述第一摩擦单元的导电电极层与所述第二摩擦单元的导电电极层分别通过导线与外部的静电计电连接。

2.根据权利要求1的一种三维折叠式呼吸自驱动柔性呼吸监测传感器，其特征在于，所述导电电极层呈薄片结构，所述导电电极层的材料为铝、镍、铜、银、金中的任意一种。

3.根据权利要求2的一种三维折叠式呼吸自驱动柔性呼吸监测传感器，其特征在于，所述导电电极层的厚度为100-200nm。

4.根据权利要求1的一种三维折叠式呼吸自驱动柔性呼吸监测传感器，其特征在于，所述基底层为有机薄膜，所述有机薄膜的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺。

5.根据权利要求1的一种三维折叠式呼吸自驱动柔性呼吸监测传感器，其特征在于，所述第一摩擦单元的摩擦层为具有摩擦正电性的材料，摩擦正电性的材料为尼龙、聚氨酯泡沫体、纸张或金属。

6.根据权利要求1的一种三维折叠式呼吸自驱动柔性呼吸监测传感器，其特征在于，所述第二摩擦单元的摩擦层为具有摩擦负电性的材料，所述摩擦负电性的材料为聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚酰亚胺中的任意一种。

7.根据权利要求1的一种三维折叠式呼吸自驱动柔性呼吸监测传感器，其特征在于，所述第一摩擦单元的摩擦层厚度为100-250μm，所述第二摩擦单元的摩擦层厚度为100-250μm。

8.根据权利要求1的一种三维折叠式呼吸自驱动柔性呼吸监测传感器，其特征在于，所述进气管上依次连接有测试吹嘴和节流阀。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种三维折叠式呼吸自驱动柔性呼吸监测传感器的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)取两片的柔性有机薄膜作为基底层材料，经去离子水等清洗并干燥；

(2)使用蒸发工艺在两片柔性有机薄膜上分别蒸镀一层导电电极材料，得到两片相同的导电电极；

(3)在一片导电电极表面制备一层具有摩擦正电性的材料，可以通过激光处理或模板压印法将其表面改性，以增加材料表面粗糙程度，得到第一摩擦单元，将所述第一摩擦单元以一定角度弯折定型，并在所述第一摩擦单元的基底层表面固定一个轻薄的挡板；

(4)在另一片导电电极表面制备一层摩擦负电性材料，可通过激光处理或模板压印法等对其进行表面微/纳改性处理，得到第二摩擦单元，将所述第二摩擦单元以第一摩擦单元相同角度弯折定型；

(5)取绝缘封装材料，通过激光切割机将其切割并组装成长方体的盒体结构；

(6)将步骤(4)所制备的第二擦单元固定在盒体结构一侧，同时第二摩擦单元的导电电极层引出导线；将一个弹性气球固定在挡板上，放置于盒体结构的底部，气球的进气端连接进气管，进气管固定在测试腔的另一侧，同时第一摩擦单元的导电电极层处引出导线；

(7)在盒体结构的进气管端接上一个限流阀及易于收集呼吸气流的测试吹嘴，完成器件组装；人体呼吸过程气球的膨胀-收缩不断推拉第一摩擦单元，使得第一摩擦单元与第二摩擦单元产生周期性接触-分离运动，从而产生交变电信号输出；

(8)采用静电计进行数据采集，通过计算单位时间内输出的波形个数即得呼吸频次，通过观察输出幅值测量呼吸气流量。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述静电计的型号为Keithley6514。