[发明专利]一种用于人体肌肉变形测量的柔性传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种用于人体肌肉变形测量的柔性传感器，其特征在于：

所述柔性传感器包括第一弹性体层(1)、第二弹性体层(2)、第三弹性体层(3)、第一多壁碳纳米管薄膜(4)及第二多壁碳纳米管薄膜(5)；所述第一多壁碳纳米管薄膜(4)设置在所述第三弹性体层(3)上，所述第二弹性体层(2)设置在所述第三弹性体层(3)上，且其覆盖所述第一多壁碳纳米管薄膜(4)；所述第二多壁碳纳米管薄膜(5)设置在所述第二弹性体层(2)上，所述第一弹性体层(1)设置在所述第二弹性体层(2)上，且其覆盖所述第二多壁碳纳米管薄膜(5)；所述第一多壁碳纳米管薄膜(4)与所述第二多壁碳纳米管薄膜(5)相互垂直设置，且所述第一多壁碳纳米管薄膜(4)与所述第二多壁碳纳米管薄膜(5)之间有重叠区域，所述第一多壁碳纳米管薄膜(4)呈中字型，其包括第一连接部、第二连接部及中间部，所述第一连接部及所述第二连接部分别连接于所述中间部相背的两侧，所述第一连接部及所述第二连接部均为长方形，所述中间部为正方形，所述第一多壁碳纳米管薄膜(4)的结构与所述第二多壁碳纳米管薄膜(5)的结构相同；

所述第一多壁碳纳米管薄膜(4)与所述第二多壁碳纳米管薄膜(5)相互独立为两个应变传感器，以实现测量平面内相互垂直的两个方向的应变的测量；所述第一多壁碳纳米管薄膜(4)与所述第二多壁碳纳米管薄膜(5)相互重叠的区域构成平行板电容传感器，以测量所述柔性传感器受到的、垂直于所述测量平面的压力；所述柔性传感器产生横向应变时，所述第一多壁碳纳米管薄膜(4)的初始电阻值随之发生变化，基于所述第一多壁碳纳米管薄膜(4)的电阻值变化量来计算得到横向应变；

所述柔性传感器产生纵向应变时，所述第二多壁碳纳米管薄膜(5)的初始电阻值随之发生改变，基于所述第二多壁碳纳米管薄膜(5)的电阻值变化量来计算得到纵向应变；

当所述柔性传感器受到沿其厚度方向的压力时，所述第一多壁碳纳米管薄膜(4)与所述第二多壁碳纳米管薄膜(5)的重叠区域构成的电容发生变化，基于得到的电容变化量来得到所述柔性传感器受到的压力。

2.如权利要求1所述的用于人体肌肉变形测量的柔性传感器，其特征在于：所述第一多壁碳纳米管薄膜(4)相背的两端及所述第二多壁碳纳米管薄膜(5)相背的两端分别连接有铜导线(6)，工作时，所述铜导线(6)连接于外部测量电路。

3.如权利要求1所述的用于人体肌肉变形测量的柔性传感器，其特征在于：所述第一弹性体层(1)、所述第二弹性体层(2)及所述第三弹性体层(3)组成弹性体，所述第一多壁碳纳米管薄膜(4)及所述第二多壁碳纳米管薄膜(5)内嵌在所述弹性体内；所述弹性体是采用透明的铂催化硅胶制成的。

4.一种权利要求1-3任一项所述的用于人体肌肉变形测量的柔性传感器的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

(1)制备第三弹性体层(3)，并采用喷涂方式在所述第三弹性体层(3)上制备第一多壁碳纳米管薄膜(4)；

(2)在所述第一多壁碳纳米管薄膜(4)上制备第二弹性体层(2)，并在所述第二弹性体层(2)上制备第二多壁碳纳米管薄膜(5)；

(3)在所述第二多壁碳纳米管薄膜(5)上制备第一弹性体层(1)，由此得到所述柔性传感器。

5.如权利要求4所述的用于人体肌肉变形测量的柔性传感器的制备方法，其特征在于：所述第三弹性体层(3)、所述第二弹性体层(2)及所述第一弹性体层(1)均是采用铂催化硅胶溶液涂布后、在70℃下加热30分钟得到的。