[发明专利]一种皮革基力学传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种一种皮革基力学传感器及其制备方法。所述皮革基力学传感器，包括第一皮革和第二皮革，第一皮革的第一表面和第二皮革的第一表面均设置有激光碳化区，第一皮革的第一表面与第二皮革的第一表面相对设置，且第一皮革的激光碳化区与第二皮革的激光碳化区位置相对应；各激光碳化区通过导线制作的电极与外部连接；所述第一皮革和第二皮革的第一表面喷涂了易于碳化的高分子材料；通过对喷涂了易于碳化的高分子材料的第一皮革和第二皮革的第一表面进行激光碳化得到所述激光碳化区。皮革基力学传感器通过激光碳化制备得到导电电路，不需要再铺设其他导电功能材料，结构简单，制备方法便捷，且材料易得、成本低、易降解。

技术领域

本发明涉及柔性传感器领域，具体涉及一种皮革基力学传感器及其制备方法。

背景技术

在柔性传感器领域，常通过柔性基底材料(如聚合物、金属薄片、玻璃薄片)来增加传感器的柔性和弹性，但这些传统基底材料生物兼容性差，难以满足长时间舒适穿戴的要求。另外，为实现传感器的高灵敏度常需要在其表面制备微纳结构。而这种方法存在微纳结构制备工艺复杂，基底材料生物兼容性差、不易降解等缺点。而皮革具有柔弹性、透气性、穿戴舒适以及多级分层孔隙(nm-mm)的结构，将皮革制备为导电皮革使其作为柔性传感器的基底材料，可以大大提高柔性传感器的性能。

在导电皮革领域，传统的制备方法是通过皮革表面涂饰(包括喷涂、旋涂、打印以及真空抽滤等)导电功能材料(包括碳纳米管、石墨烯、金属纳米线、炭黑、导电聚合物等)，来改善皮革的导电性；导电皮革广泛应用于电磁屏蔽、抗静电、压力传感等应用场景。上述传统的制备方法存在操作步骤复杂、涂饰功能材料价格昂贵等问题。激光碳化技术是新兴的高效、规模化、无模成型的技术，利用光热转化现象，以激光作为光热源碳化可以碳化的基体材料，如织物、皮革、羊毛、棉花、亚麻、蚕丝、聚酰亚胺、聚氨酯等。该技术属于干法常温常压工艺，碳化响应时间毫秒级(ms)别，可以利用计算机辅助设计复杂的阵列图样，结合激光参数的可控调节，得到理想的导电皮革。激光碳化皮革的基本几何单元或称一个像素，可以是点、线、面或设计的图案等，也可以组成碳化皮革阵列。激光碳化皮革可以作为传感器的敏感和弹性元件，同时也可作为保护层直接与外界接触。激光碳化皮革用于压力传感器具有广阔前景。

激光碳化技术应用于压力传感器面临如下主要的技术难题：(1)激光工艺将皮革纤维碳化形成导电网络，但是碳化后皮革纤维会变脆，在大压力作用下已造成损坏，可靠性是较大问题；(2)导电皮革纤维为孔隙结构，通过压力作用下孔隙闭合形成新的导电位点，从而导电性能发生改变，实现力学传感，但是孔隙结构较易闭合而导致器件易饱和，力学传感量程较小，且闭合速率为非线性过程而导致器件非线性响应。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在皮革压力传感器制备方法存在量程较小与非线性响应等不足，提供一种大量程线性程度高可靠性好的皮革基力学传感器及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种皮革基力学传感器，包括第一皮革和第二皮革，第一皮革的第一表面和第二皮革的第一表面均设置有激光碳化区，第一皮革的第一表面与第二皮革的第一表面相对设置，且第一皮革的激光碳化区与第二皮革的激光碳化区位置相对应；各激光碳化区通过导线制作的电极与外部连接；所述第一皮革和第二皮革的第一表面喷涂了易于碳化的高分子材料；通过对喷涂了易于碳化的高分子材料的第一皮革和第二皮革的第一表面进行激光碳化得到所述激光碳化区。

优选地，所述第一皮革的第一表面和第二皮革的第一表面均为皮革的绒面。

优选地，所述第一皮革和第二皮革的激光碳化区为碳化皮质纤维网络结构，纤维网络内部填充有氧化硅纳米球颗粒。

优选地，所述激光碳化区的形状是矩形、圆形、带形或其他不规则形状。

优选地，所述皮革基力学传感器包括多个激光碳化区，多个激光碳化区成矩阵阵列、圆形阵列、或其他规则/不规则的阵列排布。