CN105115414A - 一种环保型的可穿戴应变传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及传感器领域，具体的说，涉及一种环保型的可穿戴纸基应变传感器及其制备方法。该应变传感器包括一柔性衬底，设置柔性衬底上的一柔性感应膜以及设置柔性导电体两端用于导电的导电体。柔性衬底包括柔性纸，柔性感应膜为石墨粉与甲基纤维素的混合物。通过丝网印刷的方式实现环保型的可穿戴应变传感器的制备。本发明的可穿戴应变传感器相对于其它传感器而言，具有快速大面积制备、成本低廉、产品性能好、操作简便、环保等特点，其可以穿戴在人体的皮肤表面，且可以固定在家具、建筑结构等物体上用于应变检测，在人体运动检测、智能医疗服务方面、结构安全监测等方面具有应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，具体的说，涉及一种环保型的可穿戴纸基应变传感器及其制备方法。
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、传递和处理信息的计算设备，传感器是可穿戴设备的核心器件。传感器具有可穿戴的性能，在智能交通、消费电子、医疗器械、智能家居、工业控制、航空军工等领域具有重要的应变前景。应变传感器是可以用于检测物体受到外界作用力或自身驱动变形所产生的一种传感器。随着科技的不断发展，人民物质条件的不断改善，对于柔性可传感器的电子器件的需要越来越大。目前上市的可穿戴设备五花八门，从智能眼镜到智能手表，从智能服装到智能鞋子，从高尔夫手套到拳击手套，但都和传感器有着密切的联系。例如在消费电子领域，可穿戴的传感器可以方便的佩戴在人的手腕上进行肢体运动的监测；在智能家居领域，可穿戴的传感器可以通过监测家具的形变，来反馈物体是否处于理想的状态。
传统应变传感器一般都是固定在硬质的基底上，不能满足可穿戴同时进行应变监测的要求。随着越来越多的可穿戴电子设备的不断更新换代、新老交替，电子垃圾对环境的影响越发不能忽视。绿色环保型的电子产品的开发利用将会成为现在、未来的重要的研究方向之一。相比较于硅基应变传感器或塑料基底传感器，纸张为应变传感器实现绿色环保提供了新的平台。新型传感器快速发展，在未来的机器人、人类延伸的“第六感”、健康与保健的监控等方面具有重要应用前景，同时电子器件优化设计还有待进一步发展，需要注意器件性能，节能减耗，制备工艺，成本控制，环境影响等方面。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种可穿戴、制备工艺简单而且制备周期短的环保型的可穿戴应变传感器及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种环保型的可穿戴应变传感器，该应变传感器包括一柔性衬底，置所述柔性衬底上的一柔性感应膜以及设置所述柔性导电体两端用于导电的导电体。
进一步，所述柔性衬底包括柔性纸。
进一步，所述柔性感应膜为石墨粉与甲基纤维素的混合物。
进一步，所述石墨粉与甲基纤维素的混合重量比1-10:1。
本发明的另一目的是提供上述环保型的可穿戴应变传感器方法，具体包括以下步骤：
步骤1：将石墨粉与甲基纤维素均匀混合；
步骤2：将混合物加入水中搅拌形成胶糊状；
步骤3：将胶糊状混合物通过丝网印刷方法制备在柔性衬底上形成感应膜；
步骤4：经过低温蒸发水分后压实感应膜；
步骤5：在得到的感应导电膜两端通过导电银胶引出导电即形成环保型的可穿戴应变传感器。
进一步，石墨粉与甲基纤维素以质量比为（1~10）：1的混合物。
进一步，石墨粉与甲基纤维素的混合物与水以质量比为1：（5~15）混合搅拌。
进一步，所述步骤4中的蒸发水分的工艺为：将薄膜放入50~60摄氏度的烘箱中加热5~10分钟。
本发明的可穿戴应变传感器相对于其它传感器而言，具有快速大面积制备、成本低廉、产品性能好、操作简便、环保等特点，其可以穿戴在人体的皮肤表面，且可以固定在家具、建筑结构等物体上用于应变检测，在人体运动检测、智能医疗服务方面、结构安全监测等方面具有应用前景。
附图说明
图1为本发明应变感应薄膜的电镜扫描图；
图2为本发明传感器示意图。
图中：
1.柔性衬底、2.柔性感应膜、3.导电体、4.导线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细描述。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
以下为本发明在生活中实际应用的实施例：
实施例1：
（1）将石墨粉与甲基纤维素以质量比1:1混合；
（2）将经步骤（1）得到的混合物与水以质量比1:15混合并搅拌直至成胶糊状；
（3）将经步骤（2）得到的胶糊状的混合物通过丝网印刷的方法均匀地涂刷在长度为5厘米且宽度为1厘米的柔性纸张上形成薄膜；
（4）将经步骤（3）得到的薄膜放入50摄氏度的烘箱中加热5分钟后，压实薄膜，形成感应导电薄膜；
（5）将经步骤（4）得到的感应导电膜两端通过导电银胶引出导电即形成环保型的可穿戴应变传感器；
（6）将经步骤（5）得到的传感器用双面胶固定在手臂皮肤上，即可用于检测手臂肌肉的活动，可以满足0-10赫兹的肌肉运动监测。
实施例2：
（1）将石墨粉与甲基纤维素以质量比5:1混合；
（2）将经步骤（1）得到的混合物与水以质量比1:10混合并搅拌直至成胶糊状；
（3）将经步骤（2）得到的胶糊状的混合物通过丝网印刷的方法均匀地涂刷在长度为10厘米且宽度为3厘米的柔性纸张上形成薄膜；
（4）将经步骤（3）得到的薄膜放入55摄氏度的烘箱中加热10分钟后，压实薄膜，形成感应导电薄膜；
（5）将经步骤（4）得到的感应导电膜两端通过导电银胶引出导电即形成环保型的可穿戴应变传感器；
（6）将经步骤（5）得到的传感器用双面胶固定在悬臂梁上，即可用于检测悬臂梁的振动，最高检测的时间分辨为10毫秒，最小分辨应变为0.038%。
实施例3：
（1）将石墨粉与甲基纤维素以质量比9:1混合；
（2）将经步骤（1）得到的混合物与水以质量比1:5混合并搅拌直至成胶糊状；
（3）将经步骤（2）得到的胶糊状的混合物通过丝网印刷的方法均匀地涂刷在长度为6厘米且宽度为5厘米的柔性纸张上形成薄膜；
（4）将经步骤（3）得到的薄膜放入60摄氏度的烘箱中加热7分钟后，压实薄膜，形成感应导电薄膜；
（5）将经步骤（4）得到的感应导电膜两端通过导电银胶引出导电即形成环保型的可穿戴应变传感器；
（6）将经步骤（5）得到的传感器用双面胶固定在门缝中，即可用于检测门的开合状态，检测的开合角度为-179到179度之间。
Claims (8)
1.一种环保型的可穿戴应变传感器，其特征在于，该应变传感器包括一柔性衬底，置所述柔性衬底上的一柔性感应膜以及设置所述柔性导电体两端用于导电的导电体。
2.根据权利要求1所述的环保型的可穿戴应变传感器，其特征在于，所述柔性衬底包括柔性纸。
3.据权利要求1所述的环保型的可穿戴应变传感器，其特征在于，所述柔性感应膜为石墨粉与甲基纤维素的混合物。
4.据权利要求3所述的环保型的可穿戴应变传感器，其特征在于，所述石墨粉与甲基纤维素的混合重量比1-10:1。
5.一种制备如权利要求1-4任意一项所述的环保型的可穿戴应变传感器方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1：将石墨粉与甲基纤维素均匀混合，得到混合物，备用；
步骤2：将步骤1得到的混合物加入水中搅拌形成胶糊状，备用；
步骤3：将步骤2得到的胶糊状混合物通过丝网印刷方法制备在柔性衬底上形成感应膜；
步骤4：经过低温蒸发水分后压实感应膜；
步骤5：在得到的感应导电膜两端通过导电银胶引出导电即形成环保型的可穿戴应变传感器。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤1中的石墨粉与甲基纤维素以质量比为（1~10）：1的混合物。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤2中的石墨粉与甲基纤维素的混合物与水以质量比为1：（5~15）混合搅拌。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤4中的蒸发水分的工艺为：将薄膜放入50~60摄氏度的烘箱中加热5~10分钟。
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