[发明专利]可部分降解的自供电压力传感器、制备方法及其测试电路

说明书

本发明公开一种可部分降解的自供电压力传感器、制备方法及其测试电路，包括第一夹具、第一电极活性层、弹性多孔水凝胶隔膜、第二电极活性层和第二夹具；第一夹具与第一电极活性层贴合形成第一电极，第二夹具与第二电极活性层贴合形成第二电极，弹性多孔水凝胶隔膜位于第一电极、第二电极之间，第一电极活性层与第二电极活性层间浸润有电解质；自供电压力传感器的检测范围为0～2N，测试精度达到0.1N。本发明的食材来源广泛，不仅有利于降低成本，而且制备的压力传感器具有灵敏度高、人体危害小、可快速降解、安全无污染等许多优良特性，在高科技医疗、人体健康等领域具有广阔的发展前景。

技术领域

本发明涉及一种可部分降解的自供电压力传感器、制备方法及其测试电路，属于检测装置领域。

背景技术

随着科技发展，人们对健康与环保的要求也逐渐提高。传统的压力传感器以无机材料为主，通过弹性元件的形变指示压力，缺点为尺寸较大、需要额外电源，且报废后不能有效分解导致环境破坏。随着有机压电材料的发展，自供电压力传感器应运而生，因其无需外部电源，故相较传统压力传感器具有极大优势，但制备可部分降解的自供电压力传感器仍具有挑战性。

现有文献中，Wang Xu等人[Advanced Materials Technologies，2016，1，3]报道了一种可部分降解且可食用的超级电容器。其以活性炭作为活性材料、奶酪为隔离层、海藻为隔膜，电解液是功能饮料、粘合剂为蛋白。同时采用在两个活性炭电极之间加入奶酪为隔离层、在两隔离层之间加入海藻为隔膜、浸入功能饮料为电解液、最后加入蛋白为粘合剂封装的三明治结构。然而此超级电容器无压力传感性能。

现有文献中，PanelNagamalleswara RaoAlluri等人[Nano Energy，2020，73，104767]制备了一种以金和铝为电极的基于芦荟凝胶隔膜的压电采集装置，其采用三明治结构，但在应力测试时输出电压易受噪声影响，线性度不高，不易作为压力传感器件。

现有文献中，Seong WonPark等人[Organic Electronics，2018，53，213-220]制作了一种基于超级电容器的步态分析装置，其电极为基于尼龙滤纸的多壁碳纳米管，隔膜为孔聚二甲基硅氧烷，电路以模数转换器为基本单元。其不仅难降解隔膜，而且不具有控制模块，不能根据电容和应力的关系将应力大小输出到显示模块中，相比之下不够智能化。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种可部分降解的自供电压力传感器、制备方法及其测试电路。

为了实现上述目的，本发明采用的一种可部分降解的自供电压力传感器，包括第一夹具、第一电极活性层、弹性多孔水凝胶隔膜、第二电极活性层和第二夹具；

所述第一夹具与第一电极活性层贴合形成第一电极，第二夹具与第二电极活性层贴合形成第二电极，所述弹性多孔水凝胶隔膜位于第一电极、第二电极之间，所述第一电极活性层与第二电极活性层间浸润有电解质；

所述自供电压力传感器的检测范围为0～2N，测试精度达到0.1N。

进一步的，所述第一夹具和第二夹具均为金属箔片，金属箔片的厚度为0.2～0.4mm，长度为4～5cm，宽度为1.5～2.5cm。

进一步的，所述弹性多孔水凝胶隔膜的厚度为0.5～2cm，长度为4～5cm，宽度为1.5～2.5cm，所述弹性多孔水凝胶隔膜与第一夹具、第二夹具的重合面积分别为1～2mm²。

进一步的，所述弹性多孔水凝胶隔膜采用龟苓膏水凝胶或果冻，干燥后的隔膜中，碳、氧的质量占比分别为40％～45％和55％～60％。

进一步的，所述第一电极活性层、第二电极活性层的活性材料中，碳、氮、氧、磷、钾的质量占比依次为65％～78％、5％～9％、10％～15％、2％～3％、3％～6％。