[发明专利]一体化的柔性拉伸传感器及其制备方法

说明书

一体化的柔性拉伸传感器及其制备方法，涉及一种大拉伸量、高灵敏度及良好生物安全性的柔性拉伸传感器及其制造方法。所述传感器主要包括复合柔性基底、导电传感材料及信号处理电路。柔性基底至少由两种不同弹性模量的材料通过化学键连接而成，通过对多种具有不同弹性模量的材料进行图形化制备，可以对其所受应力大小进行重新分配，实现传感器性能的提升。所述导电传感材料，使用离子导电液体作为拉伸应变的感受体，可以实现良好的拉伸性及可靠性。同时本发明还提出了该一体化柔性拉伸传感器的制备方法。本发明提出的柔性拉伸传感器具有较大的拉伸量，较高的灵敏度及良好的生物安全性，制备方法简单，可重复性较高。

技术领域

本发明涉及一种一体化制备的柔性拉伸传感器及其制备方法，属于柔性传感器技术领域。

背景技术

现如今，可穿戴电子设备的发展已经彻底改变了生理参数被感知、获取和监测的方式，因此受到了越来越多的关注。柔性拉伸传感器通过测量位移形变来产生应变信号，将应变信号以电学、光学等信号形式反馈到处理电路进行计算。为了进一步提高柔性拉伸传感器的性能，研究人员研发了各种力学结构与新型材料来提升传感器性能。

从目前的研究来看，柔性拉伸传感器所面临的主要问题有灵敏度较低、拉伸量较小、接口不牢靠、制备难度较高等问题。

现有技术1(PNAS 2017,114(40),10590–10595.)公开了一种应用硅橡胶微管封装液态金属的方法，可以实现整体柔性拉伸传感器的制备。微管结构确保了液态金属的形态稳定，避免了因液态金属表面张力所引起的难以图形化制备的问题，同时微管制备较为复杂，与后续电路连接较困难。

现有技术2(Mater.Horiz.2019,6(3),618–625.)公开了一种应用水凝胶与液态金属共混来制备拉伸传感器的方法，可以达到较高的拉伸率及灵敏度。通过这样的方法，实现了较高的灵敏度及拉伸率，但是在放置一段时间后由于失水会导致传感器的性能明显下降，同时该传感器与后续电路的连接难度较大，操作不便。

现有技术3(Adv.Funct.Mater.2019,29(7),1807058.)公开了一种应用离子导电液体作为导电填料，通过模具注塑来制备拉伸传感器的方法。该方法可以防止导电材料泄露，同时拥有较高的拉伸量及灵敏度。但是其制备过程需要大量手工操作，传感器接口通过注塑的方法与导线连接，可靠性较低。

现有技术4(CN110702147A)公开了一种柔性电容式拉伸传感器的制备方法及应用，其使用碳纳米管薄膜与导电膜连接，导线连接到导电膜之上用来测量。其工作原理为电容式拉伸传感器，制备方法较为复杂，重复性较差，同时其最大拉伸量也较低。

因此，目前在柔性拉伸传感器的整体制备方案层面上，仍然存在制备方法复杂、手工操作较多、图形化能力较差等问题。因而，开发一种制备简单、自动化程度高、图形可定制且接口可靠的柔性拉伸传感器显得尤为必要。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一体化的柔性拉伸传感器及其制备方法，旨在解决现有技术中存在的拉伸量和灵敏度不足，加工制备难度较高，接口不牢靠等问题，从而使整个传感系统的拉伸性、可靠性均得到提升。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种一体化的柔性拉伸传感器，所述柔性拉伸传感器包括柔性基底、传感器微流道、导电传感材料、柔性导线、传感器柔性封装及后续信号处理电路，其特征在于，所述的柔性基底至少由两种不同弹性模量的材料组成，高弹性模量材料区域与低弹性模量材料区域在一个或多个方向上通过化学键连接而成，形成具有二维平面结构或三维结构的复合柔性基底；所述导电传感材料为具有良好生物安全性的离子导电液体；所述传感器微流道与柔性基底及柔性封装通过化学键连接；所述信号处理电路通过柔性导线与电传感材料连接。

本发明所述的低弹性模量材料为弹性模量小于100kPa的材料，所述高弹性模量材料为弹性模量大于100kPa的材料。