[发明专利]一种仿生多功能传感器及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及可穿戴传感器技术领域，本申请提供了一种仿生多功能传感器及其制备方法、应用，该传感器包括柔性电路板和多孔热电薄膜，所述多孔热电薄膜呈条状且倾斜设置于柔性电路板上，所述的多孔热电薄膜长度方向两端与柔性电路板的电路导电连接。本发明提供的上述仿生多功能传感器，能同时感知热源靠近、温度、压力、气流以及高频震动；而且该传感器结构简单，其制备流程也非常简单，具有全自动化、机械化生产的潜力，同时对这些信号的感知具有卓越的表现，这将使其在仿生机器人、智能监测以及人机界面等领域具有重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及可穿戴传感器技术领域，具体涉及一种仿生多功能传感器及其制备方法、应用。

背景技术

可穿戴设备是一种可以安装在人、动物和物品上，并能感知、传递和处理信息的设备，传感器是可穿戴设备的核心器件。可穿戴的传感器广泛应用于工业生产、医疗健康以及日常家居中，推动了人机交互、高性能机器人和健康监测等领域的迅猛发展。其中，压力、应变、温度、震动以及风速传感器等在过去十年受到广泛的关注。在提高传感器灵敏度、响应时间、测试范围和耐疲劳性的同时，如何将多种传感功能集于一体也成为了一个重要研究方向。研发良好的多功能传感设备，将极大程度的拓展对周围环境等的感知能力，同时也能降低传感设备的使用面积和制造成本。

近来，有文献(Advanced Materials，2019年，31卷，36期，1902831页)报道，利用热释电材料钛酸钡制备传感器阵列检测温度，同时也可以检测震荡的压力。也有文献(NatureCommunications，2020年，11卷，1期，1-10页)报道了一种利用镍颗粒和PVDF-HFP混合制备的自愈合海绵，其可实现对压力和靠近的感知。另有文献(Science Advances，2020年，6卷，45期，eabd0202页)报道，将心电图传感器、温度传感器、声学以及运动传感器全部集成在一张自愈合弹性薄膜上，来达到对这些信号的感知。

但是，这些报道的传感设备中，要么检测的信号较少，仅为双功能感知，不足以满足日渐提高的需求；要么结构复杂，产生过多且密集的线路，会对数据读取时间产生更多的延迟，而且也需要更多的外接端口。因此，如何得到一种多功能感知、结构简单等综合性能更加优异的传感器，已成为该领域的研究者亟需解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种仿生多功能传感器及其制备方法、应用，本发明提供的多功能传感器在保证温度、压力、气流等多功能感知的同时，具有简单的结构，利于应用。

本发明提供一种仿生多功能传感器，包括柔性电路板和多孔热电薄膜，所述多孔热电薄膜呈条状且倾斜设置于柔性电路板上，所述多孔热电薄膜长度方向两端与柔性电路板的电路导电连接。

在本发明的实施例中，所述多孔热电薄膜包括：倾斜设置于柔性电路板上的柔性多孔基底薄膜，以及复合在柔性多孔基底薄膜至少一个表面上的热电薄膜；所述热电薄膜呈条状，且长度方向两端与柔性电路板的电路导电连接。

在本发明的实施例中，所述热电薄膜厚度为200～700nm，塞贝克因子为50～200μV/K。

在本发明的实施例中，所述热电薄膜长度方向至少一端连接导电薄膜，用于与柔性电路板的电路导电连接。

在本发明的实施例中，所述导电薄膜厚度为50～200nm。

在本发明的实施例中，所述热电薄膜长度方向仅一端连接导电薄膜，并与导电薄膜形成U形结构。

在本发明的实施例中，所述倾斜设置的多孔热电薄膜与柔性电路板之间的夹角为40～70°。

在本发明的实施例中，所述柔性电路板由柔性衬底及其表面的液态金属线路构成，所述柔性衬底上具有倾斜沟槽，用于倾斜设置多孔热电薄膜；所述液态金属线路与多孔热电薄膜长度方向两端导电连接。

本发明提供前文所述的仿生多功能传感器的制备方法，包括以下步骤：