[发明专利]基于柔性胶原材料的电容式压力传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及提供基于柔性胶原材料的电容式压力传感器及其制备方法，包括介电层和与介电层相连的柔性基底，所述介电层选用生物毒性低、生物相容性良好的柔性胶原材料，所述柔性基底可与外部电容表的导线相连。当对传感元件的感测区施加压力，电容的强度发生变化并在电容表上显示。本发明具有高柔性、低生物毒性和良好的生物相容性的特点，具备实现可穿戴传感检测的潜力。

技术领域

本发明涉及电容式压力传感器技术领域，特别是基于柔性胶原材料的电容式压力传感器及其制备方法。

背景技术

电容式压力传感器的原理为将压力对介电层的作用转换为电容的变化。根据经典电容公式C＝ε_·S/d可知，当对传感器施加外界压力时，压力使得介电层的厚度变小，即平行电容板之间的距离d变小，从而导致电容增大。不难得知，距离d的形变量越大，电容C的增量就越大，因此高柔性材料在制作电容式压力传感器方面具有优势。

胶原材料属于三螺旋纤维结构的柔性生物基底，具有低生物毒性和良好的生物相容性。例如，猪皮胶原在临床上常被用作烧伤皮肤的生物临时皮肤替代品，狗皮胶原曾常被制作成膏药，另外胶原材料也涉及到皮革行业和纺织行业，因而它具备实现可穿戴传感检测的潜力。

发明内容

本发明提出了基于柔性胶原材料的电容式压力传感器及其制备方法，包括介电层和与介电层相连的柔性基底，所述介电层选用生物毒性低、生物相容性良好的柔性胶原材料，所述柔性基底可与外部电容表的导线相连，具体制备步骤如下：

将胶原材料浸渍在离子溶液中一段时间，利用物理沉积及材料的高毛细力使离子溶液附着于材料上，得到离子活化的胶原材料。

将离子活化的胶原材料裁剪成所需尺寸，并使用柔性基底与离子活化的胶原材料的上、下表面相贴合，得到电容式压力传感元件。

将传感元件与外部电容表相连接，当对传感元件的感测区施加压力，电容的强度发生变化并在电容表上显示。

所述离子溶液为1-正丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐。

所述柔性基底为导电材料铜片。

所述胶原材料浸渍时间为5～60分钟。

所述裁剪后的离子活化的胶原材料长度为0.3cm～3cm，宽度为0.3cm～3cm。

所述的柔性基底与介电层通过粘结剂进行贴合。

所述的两块柔性导电铜基底相互平行，且正对部分的长度为0.3cm～3cm，宽度为0.3cm～3.0cm。

所述介电层的厚度为0.4mm～6mm，且可通过堆叠离子活化的胶原材料的层数进行控制。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明结合了胶原材料低生物毒性、高生物相容性以及高柔性等优点，提出了一种柔性电容式压力传感器，具有便携性好、灵敏度高等特点，有望应用于可穿戴压力传感器领域。

附图说明

图1为本发明所述介电层制备示意图；

图2为本发明电容式压力传感器的结构示意图；

图3为实施例中电容式压力传感器在重复施加外力下的电容变化曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1：

将胶原材料浸渍在离子溶液1-正丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐中10分钟，利用物理沉积及材料的高毛细力使离子溶液附着于材料上，随后取出样品在100摄氏度的温度下烘干处理2小时后，得到离子活化的胶原材料，过程如图1所示。