CN108072389A - 一种仿生贴附型可穿戴健康监测传感器制造方法 - Google Patents

一种仿生贴附型可穿戴健康监测传感器制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108072389A
CN108072389A CN201711237130.7A CN201711237130A CN108072389A CN 108072389 A CN108072389 A CN 108072389A CN 201711237130 A CN201711237130 A CN 201711237130A CN 108072389 A CN108072389 A CN 108072389A
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite material
piezo
nano silver
silver wire
punch die
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711237130.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108072389B (zh
Inventor
邵金友
陈小亮
田洪淼
胡鸿
李祥明
王春慧
王超
陈小明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201711237130.7A priority Critical patent/CN108072389B/zh
Publication of CN108072389A publication Critical patent/CN108072389A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108072389B publication Critical patent/CN108072389B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)

Abstract

一种仿生贴附性可穿戴健康监测传感器制造方法，先使用3D打印技术制备一个蘑菇微阵列负复形的孔模具，并进行表面处理；然后在孔模具表面喷涂制备一层银纳米线柔性底电极；再将配置好的压电复合材料浇筑到孔模具上，真空除泡，使得压电复合材料填满孔模具的孔内部，放入烘箱加热，固化压电复合材料；然后在压电复合材料表面喷涂制备一层银纳米线柔性顶电极，在银纳米线柔性顶电极和银纳米线柔性底电极之间直接施加直流电压，极化压电复合材料获得压电性；最后从孔模具脱模得到最终粘附可穿戴柔性传感器；本发明可高效率、低成本的制造出具有不同结构特征蘑菇结构末端的可贴附性柔性压电传感器，提高传感器灵敏度，降低信噪比，无需外接电源。

Description

一种仿生贴附型可穿戴健康监测传感器制造方法
技术领域
本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及一种仿生贴附型可穿戴健康监测传感器制造方法。
背景技术
柔性电子技术的快速发展使得新一代智能手机、智能手表和智能腕带不仅能够完成通讯功能，还要求可以监测环境变化，提供个人健康信息等。现在市场上的可穿戴电子器件还处于早期发展阶段，生物兼容性的材料、灵敏度更高的传感器以及微型化能源器件仍然需要进一步革新，以完成更加柔性多功能和集成化的设计。要实现这些应用，发展自驱动高灵敏度柔性传感技术是关键。为了实现人体健康信号的高精度检测，多种传感机制的柔性传感器相继开发，其中压阻复合材料传感器轻质、柔软、分辨率高，但输出往往有滞后性；电容传感器响应速度快、灵敏度高，但测试系统较为复杂，且信号容易受寄生电容等干扰，此外，以上传感器工作时都需要外接激励电源，额外增加的供电模块使可穿戴系统设计更为复杂，且在测试过程中外加的激励电源对人体有着潜在的危害，不符合可穿戴传感器轻便、生物兼容的发展趋势。压电材料在外力作用下会产生一个与应变成比例的电压输出，具有频响范围宽、响应速度快，灵敏度高等特点，利用压电材料制备的柔性传感器为自供电传感器，无需外加电源，符合柔性电子器件轻便节能的发展趋势，是发展柔性可穿戴人体健康传感器的理想材料。
要实现人体微弱信号的高精度检测，除了需要高灵敏度的柔性传感单元，还需要可穿戴柔性传感器能够与人体的皮肤充分贴合，且传感器能够随着皮肤一起发生相应的变形，辨识微小信号差异。目前已报道的大多数柔性传感器采用创可贴将传感器贴合在人体皮肤表面或者使用医用弹性绷带将传感器固定在被测试部位，这些固定方法都很难完全将传感器贴合在应变比较大或者人体表皮比较脆弱的部位，如眼皮，关节处，尤其是在人体运动过程中，较大的应变很容易造成传感器的脱落。此外，传感器与皮肤的长时间贴合还需要考虑透气性，舒适性等问题，在不干扰人体正常工作、生活的前提下，实现传感器与人体皮肤的长时间有效贴合，完成人体微弱信号的提取是新一代可穿戴人体健康传感器亟待解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种仿生贴附型可穿戴健康监测传感器制造方法，将高性能压电低维材料与柔性聚合物材料配制成柔性压电复合材料实现自驱动传感，同时在传感器表面制备壁虎脚掌仿生蘑菇微结构，利用阵列化蘑菇微结构的粘附力实现传感器与人体皮肤的有效贴合，从而实现人体微弱健康信号的高精度传感。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种仿生贴附性可穿戴健康监测传感器制造方法，包括以下步骤：
第一步，翻膜模具制备及处理：使用3D打印技术制备一个蘑菇微阵列负复形的孔模具1，并进行表面处理，使其利于后续翻膜后的脱模；
第二步，喷涂制备银纳米线柔性底电极：在孔模具1表面喷涂制备一层银纳米线柔性底电极2；
第三步，将压电复合材料模塑复形：将配置好的压电复合材料3浇筑到喷涂有银纳米线柔性底电极2的孔模具1上，真空除泡，使得压电复合材料3填满孔模具1的孔内部，放入烘箱加热，固化压电复合材料3；
第四步，喷涂制备银纳米线柔性顶电极并极化：在压电复合材料3表面喷涂制备一层银纳米线柔性顶电极4，在银纳米线柔性顶电极4和银纳米线柔性底电极2之间直接施加直流电压5，极化压电复合材料3获得压电性；
第五步，脱模获得具有粘附末端的柔性压电传感器：由于压电复合材料3具有弹性，且固化过程中与银纳米线柔性底电极2紧密结合，因此能够直接从孔模具1脱模得到最终粘附可穿戴柔性传感器。
所述的压电复合材料3是将压电低维材料与柔性聚合物材料搅拌混合合成，压电低维材料占混合物的质量分数为10％～50％，压电低维材料为钛酸钡纳米颗粒或纳米线，柔性聚合物材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
本发明的有益效果为：
本发明将配置好的压电复合材料3进行模塑复形，获得具有蘑菇微阵列的高柔性压电传感器，一体式结构，结构顶部银纳米线柔性顶电极4进行生理信号的传感，结构底部具有粘附能力的蘑菇微结构阵列，确保柔性传感器与人体皮肤的有效贴合，提高传感器灵敏度，降低信噪比，同时传感器使用的压电复合材料3为生物兼容透气性材料，不会对贴合处的皮肤产生不适反应，本发明制造工艺简单，一步模塑成形，制造的具有粘附特性的柔性压电传感器在可穿戴人体健康监测具有巨大的应用前景。
附图说明：
图1为本发明3D打印的模具结构示意图。
图2为本发明在模具表面喷涂一层银纳米线底电极的示意图。
图3为本发明将压电复合材料浇筑在模具上模塑复形的示意图。
图4为本发明喷涂银纳米线上电极并极化获得压电效应的示意图。
图5为本发明脱模获得具有粘附末端的柔性压电传感器的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细描述。
一种仿生贴附性可穿戴健康监测传感器制造方法，包括以下步骤：
第一步，翻膜模具制备及处理：使用3D打印技术制备一个蘑菇微阵列负复形的孔模具1，如图1所示，并进行表面处理，使其利于后续翻膜后的脱模；
第二步，喷涂制备银纳米线柔性底电极：在孔模具1表面喷涂制备一层银纳米线柔性底电极2，如图2所示；
第三步，将压电复合材料模塑复形：将配置好的压电复合材料3浇筑到喷涂有银纳米线柔性底电极2的孔模具1上，真空除泡，使得压电复合材料3填满孔模具1的孔内部，放入烘箱加热，固化压电复合材料3，如图3所示；
第四步，喷涂制备银纳米线柔性顶电极并极化：在压电复合材料3表面喷涂制备一层银纳米线柔性顶电极4，在银纳米线柔性顶电极4和银纳米线柔性底电极2之间直接施加直流电压5，极化压电复合材料3获得压电性，如图4所示；
第五步，脱模获得具有粘附末端的柔性压电传感器：由于压电复合材料3具有很好的弹性，且固化过程中与银纳米线柔性底电极2紧密结合，因此能够直接从孔模具1脱模得到最终粘附可穿戴柔性传感器，如图5所示。
所述的压电复合材料3是将压电低维材料与柔性聚合物材料搅拌混合合成，压电低维材料占混合物的质量分数为10％～50％，压电低维材料为钛酸钡纳米颗粒或纳米线，柔性聚合物材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
本发明采用了3D打印和模塑复形的方法，获得了具有粘附末端微结构的柔性压电传感器，3D打印技术可以实现不同粘附末端结构孔模具1的制造，且翻膜后孔模具1可重复多次利用，通过一次模塑复形就可以得到高柔性一体式粘附传感结构，工艺简单，在模塑复形过程中，压电复合材料3将银纳米线柔性底电极2镶嵌在材料里，增强了银纳米线柔性底电极2在应变过程中导电网络的稳定性，从而提高器件稳定性，器件的蘑菇微结构阵列干粘附结构可以紧贴皮肤表面，实现人体多种运动及潮湿等环境下传感器的有效贴附，制备的压电复合材料传感器为自驱动传感器，无需外接电源，可实现人体健康信号的高精度传感，在自驱动可穿戴健康传感领域有广阔的应用前景。

Claims (2)

1.一种仿生贴附性可穿戴健康监测传感器制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，翻膜模具制备及处理：使用3D打印技术制备一个蘑菇微阵列负复形的孔模具(1)，并进行表面处理，使其利于后续翻膜后的脱模；
第二步，喷涂制备银纳米线柔性底电极：在孔模具(1)表面喷涂制备一层银纳米线柔性底电极(2)；
第三步，将压电复合材料模塑复形：将配置好的压电复合材料(3)浇筑到喷涂有银纳米线柔性底电极(2)的孔模具(1)上，真空除泡，使得压电复合材料(3)填满孔模具(1)的孔内部，放入烘箱加热，固化压电复合材料(3)；
第四步，喷涂制备银纳米线柔性顶电极并极化：在压电复合材料(3)表面喷涂制备一层银纳米线柔性顶电极(4)，在银纳米线柔性顶电极(4)和银纳米线柔性底电极(2)之间直接施加直流电压(5)，极化压电复合材料(3)获得压电性；
第五步，脱模获得具有粘附末端的柔性压电传感器：由于压电复合材料(3)具有弹性，且固化过程中与银纳米线柔性底电极(2)紧密结合，因此能够直接从孔模具(1)脱模得到最终粘附可穿戴柔性传感器。
2.根据权利要求1所述的一种仿生贴附性可穿戴健康监测传感器制造方法，其特征在于：所述的压电复合材料(3)是将压电低维材料与柔性聚合物材料搅拌混合合成，压电低维材料占混合物的质量分数为10％～50％，压电低维材料为钛酸钡纳米颗粒或纳米线，柔性聚合物材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
CN201711237130.7A 2017-11-30 2017-11-30 一种仿生贴附型可穿戴健康监测传感器制造方法 Active CN108072389B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711237130.7A CN108072389B (zh) 2017-11-30 2017-11-30 一种仿生贴附型可穿戴健康监测传感器制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711237130.7A CN108072389B (zh) 2017-11-30 2017-11-30 一种仿生贴附型可穿戴健康监测传感器制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108072389A true CN108072389A (zh) 2018-05-25
CN108072389B CN108072389B (zh) 2019-09-03

Family

ID=62157534

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711237130.7A Active CN108072389B (zh) 2017-11-30 2017-11-30 一种仿生贴附型可穿戴健康监测传感器制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108072389B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110487451A (zh) * 2019-08-27 2019-11-22 清华大学深圳研究生院 一种仿生柔性压力传感器
CN112373061A (zh) * 2020-10-13 2021-02-19 航天特种材料及工艺技术研究所 一种复合材料构件及其制造方法
CN112587140A (zh) * 2020-12-09 2021-04-02 清华大学深圳国际研究生院 一种自贴附仿生章鱼吸盘微纳结构干电极
CN112985470A (zh) * 2021-03-29 2021-06-18 浙江理工大学 一种基于银纳米线材料的柔性电容传感器及制备方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1585148A (zh) * 2004-06-07 2005-02-23 北京信息工程学院 串并联压电复合材料及其制备方法
GB2402893B (en) * 2002-04-16 2006-01-11 Univ Hertfordshire Higher Educ Microfluidic device
CN102130293A (zh) * 2010-12-06 2011-07-20 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 一种耐高温双层压电复合材料元器件制备方法
CN102288354A (zh) * 2010-06-16 2011-12-21 三美电机株式会社 压敏电阻式压力传感器
CN102332529A (zh) * 2011-09-20 2012-01-25 上海交通大学 柔性基底的压电能量采集器及制备方法
CN102924020A (zh) * 2012-10-26 2013-02-13 青岛理工大学 压阻/压电复合材料及制法及采用该材料的传感器及制法
CN103346254A (zh) * 2013-07-10 2013-10-09 厦门大学 一种多层磁电复合材料的制备方法
CN103771336A (zh) * 2014-01-21 2014-05-07 西安交通大学 一种基于压电聚合物微结构阵列的俘能器制造方法
CN104362885A (zh) * 2014-12-03 2015-02-18 重庆大学 一种能提高能量转换效率的电容式发电机及其制备方法
CN105136375A (zh) * 2015-09-09 2015-12-09 宁波绿凯节能科技有限公司 一种具有高灵敏度柔性压力传感器的制备方法
CN105176006A (zh) * 2015-07-20 2015-12-23 昆明理工大学 一种1-3型压电陶瓷/环氧树脂复合材料制备方法
CN106805954A (zh) * 2017-02-28 2017-06-09 华中科技大学 一种穿戴式柔性压力传感器及其制备方法
CN106946221A (zh) * 2017-03-20 2017-07-14 中北大学 基于“v”型槽阵列电极的柔性压力传感器制作方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2402893B (en) * 2002-04-16 2006-01-11 Univ Hertfordshire Higher Educ Microfluidic device
CN1585148A (zh) * 2004-06-07 2005-02-23 北京信息工程学院 串并联压电复合材料及其制备方法
CN102288354A (zh) * 2010-06-16 2011-12-21 三美电机株式会社 压敏电阻式压力传感器
CN102130293A (zh) * 2010-12-06 2011-07-20 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 一种耐高温双层压电复合材料元器件制备方法
CN102332529A (zh) * 2011-09-20 2012-01-25 上海交通大学 柔性基底的压电能量采集器及制备方法
CN102924020A (zh) * 2012-10-26 2013-02-13 青岛理工大学 压阻/压电复合材料及制法及采用该材料的传感器及制法
CN103346254A (zh) * 2013-07-10 2013-10-09 厦门大学 一种多层磁电复合材料的制备方法
CN103771336A (zh) * 2014-01-21 2014-05-07 西安交通大学 一种基于压电聚合物微结构阵列的俘能器制造方法
CN104362885A (zh) * 2014-12-03 2015-02-18 重庆大学 一种能提高能量转换效率的电容式发电机及其制备方法
CN105176006A (zh) * 2015-07-20 2015-12-23 昆明理工大学 一种1-3型压电陶瓷/环氧树脂复合材料制备方法
CN105136375A (zh) * 2015-09-09 2015-12-09 宁波绿凯节能科技有限公司 一种具有高灵敏度柔性压力传感器的制备方法
CN106805954A (zh) * 2017-02-28 2017-06-09 华中科技大学 一种穿戴式柔性压力传感器及其制备方法
CN106946221A (zh) * 2017-03-20 2017-07-14 中北大学 基于“v”型槽阵列电极的柔性压力传感器制作方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIAOHU REN等: "Flexible Lead-Free BiFeO3/PDMS-Based Nanogenerator as Piezoelectric Energy Harvester", 《ACS APPL. MATER. INTERFACES》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110487451A (zh) * 2019-08-27 2019-11-22 清华大学深圳研究生院 一种仿生柔性压力传感器
CN112373061A (zh) * 2020-10-13 2021-02-19 航天特种材料及工艺技术研究所 一种复合材料构件及其制造方法
CN112587140A (zh) * 2020-12-09 2021-04-02 清华大学深圳国际研究生院 一种自贴附仿生章鱼吸盘微纳结构干电极
CN112985470A (zh) * 2021-03-29 2021-06-18 浙江理工大学 一种基于银纳米线材料的柔性电容传感器及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108072389B (zh) 2019-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108072389B (zh) 一种仿生贴附型可穿戴健康监测传感器制造方法
Luo et al. Microconformal electrode-dielectric integration for flexible ultrasensitive robotic tactile sensing
Li et al. Research progress of flexible capacitive pressure sensor for sensitivity enhancement approaches
Deng et al. LC wireless sensitive pressure sensors with microstructured PDMS dielectric layers for wound monitoring
CN102207415B (zh) 基于导电橡胶的柔性阵列片式压力传感器及制造方法
CN107588872B (zh) 基于导电织物的三维力柔性触觉传感器
CN106805954B (zh) 一种穿戴式柔性压力传感器及其制备方法
CN111366274B (zh) 一种全柔性电容式三维力触觉传感器
CN110082010A (zh) 柔性触觉传感器阵列及应用于其的阵列扫描系统
CN103954382A (zh) 一种变介质式电容柔性三维力触觉传感器
CN100453989C (zh) 阵列压电传感器
CN111609953B (zh) 一种基于球曲面电极的全柔性电容式三维力触觉传感器
CN111751038B (zh) 基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器
CN113340480B (zh) 一种柔性压力传感器及其制备方法
CN107811616A (zh) 一种柔性多参量人体体征探测器及其使用方法
CN208872241U (zh) 一种柔性应变传感器
CN112848269B (zh) 一种基于3d打印模板法的三维压力传感器及其制备方法
CN103515045A (zh) 一种柔软压敏电涡流线圈及其研制方法
CN111504522A (zh) 基于s型微孔道液态金属复合介质层的电容式柔性拉伸传感器
Wang et al. Highly sensitive and flexible three-dimensional force tactile sensor based on inverted pyramidal structure
CN108225620A (zh) 一种具有多层结构的柔性触觉传感器及其制作方法
CN112945429A (zh) 一种高灵敏度柔性压力传感器及制作方法
CN109160482A (zh) 离子应变传感器及其制备方法与应用
CN201051025Y (zh) 一种阵列压电传感装置
Ye et al. Design and implementation of robot skin using highly sensitive sponge sensor

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant