CN108363488A - 一种可穿戴全息传送系统 - Google Patents
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Abstract
本发明克服传统心率传感器特别是石墨烯心率传感系统的缺陷,提供了一种具有量程范围大,灵敏度高的石墨烯心率传感系统的可穿戴全息传送系统,用于将用户的心率数据反馈给VR环境,以便于在VR环境中更真切地增强用户体验。传感器具有灵活性高,制作工艺简单,生产规模大,成本低等优点。本文提出的石墨烯心率传感器具有出色的灵敏度和较大的工作范围,在较低压和较高压范围内都能有良好的线性度。
Description
技术领域
本发明属于虚拟现实领域,具体涉及一种可穿戴全息传送系统。
背景技术
柔性力学器件近些年来受到了学术界和产业界的广泛关注。相比传统硬质基底器件,柔性力学器件在不牺牲性能的基础上,大大提升了器件的可变形性,从而使其能够适应更为复杂的应用场景,尤其适合可穿戴应用。石墨烯,是从石墨中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。它是人们发现的第一种由单层原子构成的材料。石墨烯虽然很薄,但却是非常强韧的材料,同时,它又有很好的弹性,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。石墨烯材料自2004年被发现以来,得益于其独特的电学、力学等特性,被广泛应用于柔性力学器件中,石墨烯力学器件具有很高的灵敏度。然而,现有石墨烯力学传感器存在制备工艺复杂、重复性与一致性较差、良品率低等缺点与问题。传统的压力传感器不能同时实现高灵敏度和大的工作范围,导致其在的应用有限。迫切需要开发新型的压力传感器,在灵敏度和工作范围两方面同时取得突破。
目前已有多种采用石墨烯的压力传感器,2012年,A.D.Smith等人完整提出了悬浮石墨烯压力传感器的结构,如图1所示,而该压力传感器中,由于二氧化硅与碳化硅基底的性质远不如石墨烯的内在性质,这对传感器的结构与功能会产生局限性。且受薄膜厚度影响,其通常为单层石墨烯厚度的几千倍,传感器灵敏度也受影响,低压领域不适用。
O.K.Kwon等人提出了改进型悬浮石墨烯压力传感器,如图所示,这种压力传感器增加了一个带有圆柱形支腿的顶板,通过支腿传递作用在石墨烯薄膜上的压力将迅速变大。这种改进型的压力传感器可用于低压检测环境,灵敏度极高,且低压范围线性度很好,但其缺点是高压范围线性度较差,并且结构尺寸大于一般悬浮石墨烯压力传感器。
J.Ma等人研究了一种光纤石墨烯压力传感器,其是通过熔融石英毛细管到单模光纤的末端,在内部施加气压后毛细管逐渐变细,然后熔融毛细管形成气腔。石墨烯薄膜覆盖在圆柱形空腔上,不但可以检测外部压力变化,而且可以对空腔起到密封作用。这种压力传感器结构紧凑,机械强度良好。但缺点是工作压力较低,压力灵敏度不高,密封空腔内气体会有轻微泄漏。
发明内容
鉴于以上分析,本发明的主要目的在于提供一种具有量程范围大,灵敏度高的石墨烯心率传感系统的可穿戴全息传送系统,用于将用户的心率数据反馈给VR环境,以便于在VR环境中更真切地增强用户体验。传感器具有灵活性高,制作工艺简单,生产规模大,成本低等优点。本文提出的石墨烯心率传感器具有出色的灵敏度和较大的工作范围,在较低压和较高压范围内都能有良好的线性度。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种可穿戴的全息传送系统,包括石墨烯心率传感系统,其中该传感系统包括多层结构,由上至下依次是基板层、压敏材料层、基底层。
进一步地,在所述基板层和压敏材料层中还设置有第一压感电极层,在所述压敏材料层和基底层中还设置有第二压感电极层。
进一步地,所述压敏材料层由石墨烯制成。
进一步地,所述压感电极层为金属氧化物导电层。
进一步地,所述基板层和基底层为弹性孔状织物层。
进一步地,所述压敏材料层的具体形成步骤为:将烧杯至于冷水中,加入23ml浓硫酸,控制温度为0℃;搅拌下加入1g石墨粉和0.5g硝酸钠的固体混合物;再分次加入3g高锰酸钾,控制反应温度不超过20℃;高锰酸钾加完后移去水浴,然后加热到35℃左右,继续搅拌30min,再缓慢加入去离子水,高温加热到90度,反应15min,温水稀释到140ml,并加入适量30%双氧水使溶液变为亮黄色,称取上述制品0.05g加入到100mL pH=11的NaOH溶液中;在150W下超声90min制备分散液,在高转速下除去未剥离的氧化石墨;向氧化石墨烯分散液中加入0.1mL水合肼,在90℃反应2h,得到石墨烯分散液,将所述分散液沉积至细孔过滤装置上,利用真空吸滤的方法,得到石墨烯材料层,再将得到的石墨烯层吹干,得到所需厚度的石墨烯层。
本发明的技术方案具有以下优点:
本文提出的石墨烯心率传感器具有出色的灵敏度和较大的工作范围,在较低压和较高压范围内都能有良好的线性度。经实测表明,本发明的心率传感器在压力范围为20kPa,超高灵敏度为17.2kPa-1(0Pa-2kPa)时具有显著的性能。
附图说明
图1为本发明的具有石墨烯心率传感系统的可穿戴全息传送系统。
图2是本发明实施例1所述的石墨烯心率传感系统的结构图。
其中1为基板层,2为第一压感电极层,3为压敏材料层,4为第二压感电极层,5为基底层。
具体实施方式
实施例一
如图1所示,根据本发明的实施例,提供了一种可穿戴的全息传送系统10,包括石墨烯心率传感系统20,其中该传感系统包括多层结构。
参见图2,为本发明的石墨烯心率传感系统结构图。
在所述基板层和压敏材料层中还设置有第一压感电极层,在所述压敏材料层和基底层中还设置有第二压感电极层。
所述压敏材料层由石墨烯制成。
所述压感电极层由有机高分子材料制成。
所述基板层和基底层为弹性孔状织物层。
所述压敏材料层的具体形成步骤为:将烧杯至于冷水中,加入23ml浓硫酸,控制温度为0℃;搅拌下加入1g石墨粉和0.5g硝酸钠的固体混合物;再分次加入3g高锰酸钾,控制反应温度不超过20℃;高锰酸钾加完后移去水浴,然后加热到35℃左右,继续搅拌30min,再缓慢加入去离子水,高温加热到90度,反应15min,温水稀释到140ml,并加入适量30%双氧水使溶液变为亮黄色,称取上述制品0.05g加入到100mL pH=11的NaOH溶液中;在150W下超声90min制备分散液,在高转速下除去未剥离的氧化石墨;向氧化石墨烯分散液中加入0.1mL水合肼,在90℃反应2h,得到石墨烯分散液,将所述分散液沉积至细孔过滤装置上,利用真空吸滤的方法,得到石墨烯材料层,再将得到的石墨烯层吹干,得到所需厚度的石墨烯层材料。
所述第一、第二压感电极层为叉指垂直设置,通过这样的设置,通过压力作用时,测量电极之间的变化,以及石墨烯层电阻的变化,可以综合测量出所作用的压力大小,并且,如果事先对电极层进行坐标标定,还可以测量出具体压力作用点,可以增大该压力感测系统的适用范围。
实施例二
与实施例一相同,实施例二的石墨烯心率传感系统也为多层结构。该心率传感系统由上至下依次是基板层、第一压敏材料层、压感电极层、第二压敏材料层、基底层。
所述第一压敏材料层和第二压敏材料层均由石墨烯制成。
所述压感电极层为有机高分子材料。
所述基板层和基底层为弹性孔状织物层。
所述石墨烯的具体形成步骤为:将烧杯至于冷水中,加入23ml浓硫酸,控制温度为0℃;搅拌下加入1g石墨粉和0.5g硝酸钠的固体混合物;再分次加入3g高锰酸钾,控制反应温度不超过20℃;高锰酸钾加完后移去水浴,然后加热到35℃左右,继续搅拌30min,再缓慢加入去离子水,高温加热到90度,反应15min,温水稀释到140ml,并加入适量30%双氧水使溶液变为亮黄色,称取上述制品0.05g加入到100mL pH=11的NaOH溶液中;在150W下超声90min制备分散液,在高转速下除去未剥离的氧化石墨;向氧化石墨烯分散液中加入0.1mL水合肼,在90℃反应2h,得到石墨烯分散液,将所述分散液沉积至细孔过滤装置上,利用真空吸滤的方法,得到石墨烯材料层,再将得到的石墨烯层吹干,得到所需厚度的石墨烯层材料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种可穿戴的全息传送系统,包括石墨烯心率传感系统,其中该传感系统包括多层结构,由上至下依次是基板层、压敏材料层、基底层。
2.如权利要求1所述的可穿戴的全息传送系统,其中在所述基板层和压敏材料层中还设置有第一压感电极层,在所述压敏材料层和基底层中还设置有第二压感电极层。
3.如权利要求2所述的可穿戴的全息传送系统,其中所述压敏材料层由石墨烯制成。
4.如权利要求3所述的可穿戴的全息传送系统,其中所述压感电极层为金属氧化物导电层。
5.如权利要求4所述的可穿戴的全息传送系统,其中所述基板层和基底层为弹性孔状织物层。
6.如权利要求5所述的可穿戴的全息传送系统,其中所述压敏材料层的具体形成步骤为:将烧杯至于冷水中,加入23ml浓硫酸,控制温度为0℃;搅拌下加入1g石墨粉和0.5g硝酸钠的固体混合物;再分次加入3g高锰酸钾,控制反应温度不超过20℃;高锰酸钾加完后移去水浴,然后加热到35℃左右,继续搅拌30min,再缓慢加入去离子水,高温加热到90度,反应15min,温水稀释到140ml,并加入适量30%双氧水使溶液变为亮黄色,称取上述制品0.05g加入到100mL pH=11的NaOH溶液中;在150W下超声90min制备分散液,在高转速下除去未剥离的氧化石墨;向氧化石墨烯分散液中加入0.1mL水合肼,在90℃反应2h,得到石墨烯分散液,将所述分散液沉积至细孔过滤装置上,利用真空吸滤的方法,得到石墨烯材料层,再将得到的石墨烯层吹干,得到所需厚度的石墨烯层。
7.一种可穿戴的全息传送系统,其为多层结构,该心率传感系统由上至下依次是基板层、第一压敏材料层、压感电极层、第二压敏材料层、基底层,所述第一压敏材料层和第二压敏材料层均由石墨烯制成,所述压感电极层为有机高分子材料,所述基板层和基底层为弹性孔状织物层,所述石墨烯的具体形成步骤为:将烧杯至于冷水中,加入23ml浓硫酸,控制温度为0℃;搅拌下加入1g石墨粉和0.5g硝酸钠的固体混合物;再分次加入3g高锰酸钾,控制反应温度不超过20℃;高锰酸钾加完后移去水浴,然后加热到35℃左右,继续搅拌30min,再缓慢加入去离子水,高温加热到90度,反应15min,温水稀释到140ml,并加入适量30%双氧水使溶液变为亮黄色,称取上述制品0.05g加入到100mL pH=11的NaOH溶液中;在150W下超声90min制备分散液,在高转速下除去未剥离的氧化石墨;向氧化石墨烯分散液中加入0.1mL水合肼,在90℃反应2h,得到石墨烯分散液,将所述分散液沉积至细孔过滤装置上,利用真空吸滤的方法,得到石墨烯材料层,再将得到的石墨烯层吹干,得到所需厚度的石墨烯层材料。
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