CN110081808A - 双功能柔性传感器及其制备方法、可穿戴设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双功能柔性传感器及其制备方法、可穿戴设备。其中，双功能柔性传感器包括：碳化纤维层，掺杂有压电纳米颗粒；以及柔性绝缘层，封装该掺杂有压电纳米颗粒的碳化纤维层。在该双功能柔性传感器与外界物体接触或者受到拉伸、弯曲等形变时，基于碳化纤维层的阻抗变化、传感器与外界物体的接触摩擦、以及压电纳米颗粒的晶格变化产生的压电效应这三种工作原理，实现了曲率、压力传感两种工作模式，具有良好的柔韧性、便携性、自驱动压力传感、以及压力探测灵敏度较高的特点；该柔性传感器的模块化程度高，可以应用在不同的身体部位，实现多个物理量的测量，实现多种人体活动的传感，应用范围广泛。
Description
技术领域
本公开属于传感器技术领域，涉及一种双功能柔性传感器及其制备方法、可穿戴设备。
背景技术
近年来，随着智能终端的普及，柔性可穿戴设备呈现出巨大的市场前景，吸引了研究人员与商业团体的兴趣。这些设备大都具有小型化、便携性的特点，在人机交互技术与物联网领域有很大的应用潜力。传感器作为核心部件之一，将会影响可穿戴设备的功能设计与未来发展。目前很多具有不同探测功能的传感器已经被开发应用，比如探测热、压力、应变或化学物质的传感器等。而在传感器可探测的性能基础上增加柔性的特性，无疑使其应用场景和范围大大拓宽，便于携带或者进行穿戴，更有助于帮助人类扩展感知范围，提高用户体验。
柔性可穿戴传感器可探测的物理变化可以是脉搏、心脏跳动，或者是眨眼，肢体运动等。基于不同材料的柔性传感器已经有人研究，利用不同传感机理的传感器也有很多。尤其最近，基于摩擦纳米发电机的传感器实现了各式各样的物理量测量。然而，绝大多数传感器都是基于一种机理实现单一的功能，实现多种测量功能的传感器还是鲜有人提出。在功能多样化和集成化需求越来越迫切的推动下，有必要提出一种同时能够实现两种或多种物理量的测量的柔性传感器。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种双功能柔性传感器及其制备方法、可穿戴设备，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种双功能柔性传感器，包括：碳化纤维层，掺杂有压电纳米颗粒；以及柔性绝缘层，封装该掺杂有压电纳米颗粒的碳化纤维层。
在本公开的一些实施例中，碳化纤维层的纤维材料包括如下材料中的一种：聚丙烯腈纤维、酚醛树脂纤维；和/或碳化纤维层的厚度介于50μm～500μm之间；和/或碳化纤维的纤维直径介于200nm～1.5μm之间。
在本公开的一些实施例中，压电纳米颗粒包括如下材料中的一种或几种：钛酸钡、氧化锌、铁酸铋、锆钛酸铅、铌镁酸铅、偏铌镁酸纳；和/或压电纳米颗粒的粒径介于5nm～100nm之间。
在本公开的一些实施例中，柔性绝缘层的材料包括如下材料中的一种：柔性硅胶或者聚二甲基硅氧烷。
在本公开的一些实施例中，该双功能柔性传感器作为压力传感器，实现自驱动的压力传感；或者该双功能柔性传感器作为曲率传感器，实现对弯曲的传感，所述弯曲表示弯曲量或弯曲状态；或者该双功能柔性传感器同时作为压力传感器和曲率传感器，同时实现对压力和弯曲的传感。
根据本公开的另一个方面，提供了一种双功能柔性传感器的制备方法，包括：制备掺杂有压电纳米颗粒的纤维层；碳化处理掺杂有压电纳米颗粒的纤维层，得到掺杂有压电纳米颗粒的碳化纤维层；以及封装该掺杂有压电纳米颗粒的碳化纤维层，完成双功能柔性传感器的制备。
在本公开的一些实施例中，制备掺杂有压电纳米颗粒的纤维层的步骤包括：配置压电纳米颗粒和聚合物纤维材料的静电纺丝溶液，采用静电纺丝工艺对该静电纺丝溶液进行纺丝，制备得到掺杂有压电纳米颗粒的纤维层，其中，静电纺丝的温度介于15℃～30℃之间，湿度小于30％，纺丝电压介于1kV～25kV之间。
在本公开的一些实施例中，碳化处理掺杂有压电纳米颗粒的纤维层，包括：将掺杂有压电纳米颗粒的纤维层置于惰性气体氛围中进行碳化处理，处理温度在250℃～1000℃之间，碳化时间为1～8小时。
根据本公开的又一个方面，提供了一种可穿戴设备，包含至少一个上述公开的任一种双功能柔性传感器。
在本公开的一些实施例中，该可穿戴设备为手套或指套，双功能柔性传感器设置于手指的指关节和/或指纹处，用于获取手指弯曲或是按压的活动；或者该可穿戴设备为手环，双功能柔性传感器设置于手腕的脉搏处，用于监测脉搏跳动；或者该可穿戴设备为脖套或者吊坠，双功能传感器设置于喉结处，用于监测人体吞咽动作；或者该可穿戴设备为鞋套，双功能柔性传感器设置于鞋底，用于获取人体走路或跑步的参数。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开提供的双功能柔性传感器及其制备方法、可穿戴设备，具有以下有益效果：
(1)基于掺杂压电纳米颗粒的碳化纤维层作为电极，外部由柔性绝缘层实现封装，构成单电极摩擦纳米发电机；在该柔性传感器与外界物体接触时，实现自供能压力传感；在该柔性传感器受到拉伸或弯曲等形变时，碳化纤维层自身的阻抗发生变化；同时位于碳化纤维之上的掺杂压电纳米颗粒由于压力、拉伸或弯曲等引起晶格变化，在宏观上产生压电势；基于三种工作原理，实现了曲率、压力传感两种工作模式，具有良好的柔韧性、便携性以及自驱动压力传感的特点；
(2)通过静电纺丝以及碳化工艺最终封装，制备工艺简单，可操作性强，尤其无机压电纳米颗粒产生的压电效应同时增强信号输出，有助于压力探测灵敏度的进一步提高；
(3)该柔性传感器的模块化程度高，可以应用在不同的身体部位，实现多个物理量的测量，实现多种人体活动的传感，应用范围广泛。
附图说明
图1为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器的结构示意图。
图2为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器的弯曲传感的工作模式示意图。
图3为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器的压力传感的工作模式示意图，其中，(a)为掺杂钛酸钡纳米颗粒在应力作用下的晶格变化示意图，(b)为双功能柔性传感器在压力作用下的传感过程。
图4为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器的制备方法流程图。
图5为根据图4所示流程图制备双功能柔性传感器的各个步骤对应的结构示意图。
图6为掺杂钛酸钡纳米颗粒的碳化聚丙烯腈纤维的SEM图片，其中，(a)为一根碳化后的钛酸钡/聚丙烯腈纤维的SEM照片，(b)为放大的碳化后的钛酸钡/聚丙烯腈纤维的SEM照片。
图7为掺杂与未掺杂钛酸钡纳米颗粒的碳化聚丙烯腈纤维的XRD对比图谱。
图8为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器在弯曲传感的模式下的工作输出信号与工作弯曲角度范围，其中，(a)为工作输出信号，(b)为工作弯曲角度范围。
图9为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器在压力传感的模式下的工作输出信号与工作压力范围，其中，(a)为工作输出信号，(b)为工作压力范围。
图10A-图10F为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器在多种应用场景的信号输出结果示意图。
图10A为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器探测手指弯曲的信号输出结果示意图。
图10B为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器探测手指按压的信号输出结果示意图。
图10C为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器探测喉结运动的信号输出结果示意图。
图10D为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器测量不同直径圆柱的曲率的信号输出结果示意图。
图10E为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器放置于鞋底的不同位置对应的信号输出结果示意图。
图10F为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器放置于除拇指之外的其他4指的关节和指纹处测量手指按压和弯曲状态下的信号输出结果示意图。
【符号说明】
10-碳化纤维层； 20-压电纳米颗粒；
30-柔性绝缘层。
具体实施方式
本公开提供了一种双功能柔性传感器及其制备方法、可穿戴设备，基于掺杂压电纳米颗粒的碳化纤维层作为电极，外部由柔性绝缘层实现封装，构成单电极摩擦纳米发电机，在该双功能柔性传感器与外界物体接触或者受到拉伸、弯曲等形变时，基于碳化纤维层的阻抗变化、传感器与外界物体的接触摩擦、以及压电纳米颗粒的晶格变化产生的压电效应这三种工作原理，实现了曲率、压力传感两种工作模式，具有良好的柔韧性、便携性、自驱动压力传感、以及压力探测灵敏度较高的特点；该柔性传感器的模块化程度高，可以应用在不同的身体部位，实现多个物理量的测量，实现多种人体活动的传感，应用范围广泛。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”是指示图中的方向；“内”指朝向相应结构内部，“外”指朝向相应结构外部。
在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种双功能柔性传感器。
图1为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器的结构示意图。
参照图1所示，本公开的双功能柔性传感器，包括：碳化纤维层10，掺杂有压电纳米颗粒20；以及柔性绝缘层30，封装该掺杂有压电纳米颗粒20的碳化纤维层10。
下面对本实施例的双功能柔性传感器的各个部分进行详细介绍。
本实施例中，碳化纤维层10的纤维材料经过碳化之后成为可以导电的纤维材料，一方面具备纤维的特质，能够发生形变，另一方面还能够作为电极，其纤维材料可选但不限于如下材料：聚丙烯腈纤维、酚醛树脂纤维。优选的，碳化纤维的直径介于200nm～1.5μm之间，碳化纤维层10的厚度介于50μm～500μm之间。
本实施例中，压电纳米颗粒20的材料包括但不限于如下材料中的一种或几种：钛酸钡、氧化锌、铁酸铋、锆钛酸铅、铌镁酸铅、偏铌镁酸纳。优选的，压电纳米颗粒20的粒径介于5nm～100nm之间。
本实施例中，部分压电纳米颗粒20镶嵌在碳化纤维层10的表面。
柔性绝缘层30作为柔性封装层，需要同时满足柔性和绝缘两个特性要求，其材料包括但不限于如下材料中的一种：柔性硅胶或者聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
参照图1所示，被封装起来的碳化纤维层10作为电极，用于封装的柔性绝缘层30作为介电层，这样就形成了一个简单的单电极摩擦纳米发电机。
图2为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器的弯曲传感的工作模式示意图。图3为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器的压力传感的工作模式示意图，其中，(a)为掺杂钛酸钡纳米颗粒在应力作用下的晶格变化示意图，(b)为双功能柔性传感器在压力作用下的传感过程。
下面结合图2和图3，来介绍双功能柔性传感器各个部分的作用以及该双功能柔性传感器的工作原理。
参照图2所示，当该双功能柔性传感器处于弯曲形变时，在弯曲过程中，柔性绝缘层30由于弯曲程度的不同，对位于其内的碳化纤维层10形成不同程度的弯曲和拉扯，使整个碳化纤维层10自身网络的阻抗发生变化，图2中以弯曲状态下两侧切线形成的锐角夹角θ来表示弯曲程度。此时将碳化纤维层10的两端连接外接电源，在外接电源的作用下，阻抗变化导致的电流信号对应产生变化，从而可以实现对曲率的传感测量。
参照图3中(b)所示，当该双功能柔性传感器受到外界压力作用时，本实施例中以手指按压作为示例，由于该双功能柔性传感器为一个单电极摩擦纳米发电机，当物体接触该单电极摩擦纳米发电机时，由于接触物体和柔性绝缘层电负性的差异发生接触起电，柔性绝缘层上富余的电荷通过电极导出，这样就有电流产生，此电流可直接通过仪器测量。这样就不需要外接电源提供电势或电流，实现自供能压力传感器的功能。更进一步的，由于碳化纤维层10掺杂有压电纳米颗粒20，有部分压电纳米颗粒20位于碳化纤维层10内部，有部分压电纳米颗粒20镶嵌在碳化纤维层10的表面，在该双功能柔性传感器受到外界压力作用时，压电纳米颗粒20也受到应力的作用从而产生形变，本实施例中以掺杂的压电纳米颗粒20为四方相的钛酸钡纳米颗粒为例，对于四方相的钛酸钡晶胞来说，8个Ba原子处在顶角的位置，6个O原子处在面心的位置，1个Ti原子处在体心的位置，如图3中(a)的左图所示；晶胞在机械应力的作用下发生形变，钛原子偏离体心，则形成偶极矩产生压电势，如图3中(a)的右图所示。如此一来，该双功能柔性传感器在摩擦接触起电和压电作用的双重机理下，产生压力传感信号输出，且为自驱动的压力传感，不需要外接电源；掺杂的压电纳米颗粒20增强了该双功能柔性传感器的电流输出和电势，有助于提高压力探测的灵敏度。
目前的摩擦纳米发电机都基于常见的4种基本模式：接触分离式，滑动式，独立层式以及单电极式。单电极式的摩擦发电机只需一端导线引出，通过测量设备并连接到零电势端，就可以收集电荷，如果作为传感器件，就可以探测传感器端相对于零电势端的电势变化，或者流过的电流大小。单电极模式的摩擦纳米发电机相对于其他3种模式的摩擦纳米发电机来说，具有更简便的制备工艺、更便携的特点，非常适合作为可穿戴的能源收集或者传感设备。
在应用领域，现有的商用压力传感器大多基于半导体材料的压阻效应，当半导体受到应力作用时，由于应力引起能带的变化，导致能谷的能量移动，进而使其电阻率发生变化的现象，但仍旧需要提供外部电源探测传感器电流变化实现对环境压力的传感。而基于摩擦纳米发电机的压力传感器则无需外部电源，通过接触物体与传感器的表面介电层的接触起电原理，便能通过对感应电势或者感应电流的探测实现对压力的感知。
在该双功能柔性传感器与外界物体接触或者受到拉伸、弯曲等形变时，基于碳化纤维层的阻抗变化、传感器与外界物体的接触摩擦、以及压电纳米颗粒的晶格变化产生的压电效应，可以实现对于曲率和压力的双功能传感。可见，该双功能柔性传感器基于3种工作原理，可以同时实现2种物理量的测量。
在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种双功能柔性传感器的制备方法。
图4为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器的制备方法流程图。图5为根据图4所示流程图制备双功能柔性传感器的各个步骤对应的结构示意图。
参照图4和图5所示，本公开的双功能柔性传感器的制备方法，包括：
步骤S402：制备掺杂有压电纳米颗粒的纤维层；
该步骤S402包括：将压电纳米颗粒溶解，配置压电纳米颗粒和纤维的溶液，采用静电纺丝工艺制备掺杂有压电纳米颗粒的纤维。
本实施例中，压电纳米颗粒20选用钛酸钡作为示例，纤维材料选用聚丙烯腈作为示例。
本实施例中，制备掺杂有压电纳米颗粒的纤维的过程包括：首先将钛酸钡纳米颗粒分散在N，N-二甲基甲酰胺中，机械搅拌2小时后超声分散2小时；接着加入聚丙烯腈试剂配置成质量体积比为5％～15％的溶液，搅拌至完全溶解；利用静电纺丝的设备进行纺丝，制备钛酸钡/聚丙烯腈纤维材料。其中，质量体积比的含义为：溶质的质量比上溶剂的体积。
本实施例中，制备获得的纤维材料的纤维直径介于50nm～1μm之间。
本实施例中，采用静电纺丝方法制备掺杂有压电纳米颗粒的碳化聚合物纤维材料时，温度为15℃～30℃，湿度小于30％，纺丝电压为1kV～25kV，纺丝完成的纤维在50℃～70℃的烘箱中进行干燥。
优选的，在静电纺丝过程中，湿度不宜高于20％RH。纺丝过程中注射速度介于0.5mL/h～2mL/h之间，接收距离介于1cm～40cm之间，优选5cm～15cm。纺丝过程中，可以在电压为9kV～15kV的电场中产生纤维材料。纺丝完成的纤维在50℃～70℃的烘箱中干燥3小时。
步骤S404：碳化处理掺杂有压电纳米颗粒的纤维层，得到掺杂有压电纳米颗粒的碳化纤维层；
该步骤S404包括：将掺杂有压电纳米颗粒的纤维层置于惰性气体氛围中进行碳化处理，处理温度在250℃～1000℃之间，碳化时间为1～8小时。
本实施例中，将掺杂有压电纳米颗粒的纤维放在管式炉中，惰性气体流速介于30sccm～100sccm之间，碳化温度介于230℃～1000℃之间，升温速率为2℃/h～5℃/h，高温维持1h之后自然冷却降温。
碳化的钛酸钡/聚丙烯腈纤维层的大小不作限制，厚度介于50μm～500μm之间，两端引出的电极可以用银导电胶或是其他合适的金属材料。
图6为掺杂钛酸钡纳米颗粒的碳化聚丙烯腈纤维的SEM图片，其中，(a)为一根碳化后的钛酸钡/聚丙烯腈纤维的SEM照片，(b)为放大的碳化后的钛酸钡/聚丙烯腈纤维的SEM照片。
从图6中(a)可知：最终得到的碳化纤维直径分布均匀，并参见图6中(b)，可以清楚地看到钛酸钡颗粒在碳化纤维表面形成的镶嵌结构。
另外，还分别对掺杂与未掺杂压电纳米颗粒的碳化纤维进行了XRD表征。
图7为掺杂与未掺杂钛酸钡纳米颗粒的碳化聚丙烯腈纤维的XRD对比图谱。
如图7所示，三角形对应的曲线为未掺杂钛酸钡纳米颗粒的碳化聚丙烯腈纤维的XRD图谱，圆圈对应的曲线为掺杂钛酸钡纳米颗粒的碳化聚丙烯腈纤维的XRD图谱，对比两条XRD曲线可知：掺杂了钛酸钡纳米颗粒的碳化聚丙烯腈纤维中存在钛酸钡的XRD衍射峰，并且在45°左右存在劈裂峰，分别对应着(200)/(002)两个晶面，说明了掺杂的钛酸钡颗粒为四方相。
步骤S406：封装该掺杂有压电纳米颗粒的碳化纤维层，完成双功能柔性传感器的制备；
本实施例中，将柔性绝缘层30作为柔性封装层，需要同时满足柔性和绝缘两个特性要求，其材料包括但不限于如下材料中的一种：硅胶或者聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
得到的双功能柔性传感器为弯曲传感器或者自供能压力传感器，作为探测曲率和压力、或其组合、或者其它相似功能的传感器。
图8为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器在弯曲传感的模式下的工作输出信号与工作弯曲角度范围，其中，(a)为工作输出信号，(b)为工作弯曲角度范围。
本公开的双功能柔性传感器可以在外接电源的情况下利用阻抗变化测量弯曲程度。该双功能柔性传感器以4种不同的弯曲角度进行弯曲往复测量得到的电流变化曲线参见图8中(a)所示。本实施例中，这四个弯曲角度分别为：58.9°、83.8°、103.3°、以及120.2°，电流相对非弯曲状态下阻抗的变化值分别为12.5％、32％、62.5％、以及82％。该双功能柔性传感器在不同弯曲角度所对应的阻抗变化参见图8中(b)所示，该双功能柔性传感器从30°到150°的弯曲角度之间有较好的线性度，足够实现弯曲传感。
图9为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器在压力传感的模式下的工作输出信号与工作压力范围，其中，(a)为工作输出信号，(b)为工作压力范围。
本公开的双功能柔性传感器还可以利用接触摩擦以及压电效应实现自供能的压力传感。该双功能柔性传感器在4种不同的压力下输出的电势变化信号参见图9中(a)所示。本实施例中，这4种不同的压力分别为：0.15N、1.5N、15N、以及25N，该双功能柔性传感器对应分别输出12V、15V、32V、以及49V的电压信号。该双功能柔性传感器在不同压力下输出的电压和电流信号参见图9中(b)所示，该双功能柔性传感器在0.15N到30N的压力之间有较好的线性度，满足压力传感的要求。
图10A-图10F为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器在多种应用场景的信号输出结果示意图。
图10A为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器探测手指弯曲的信号输出结果示意图。图10B为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器探测手指按压的信号输出结果示意图。图10C为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器探测喉结运动的信号输出结果示意图。图10D为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器测量不同直径圆柱的曲率的信号输出结果示意图。图10E为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器放置于鞋底的不同位置对应的信号输出结果示意图。图10F为根据本公开一实施例所示的双功能柔性传感器放置于除拇指之外的其他4指的关节和指纹处测量手指按压和弯曲状态下的信号输出结果示意图。
该双功能柔性传感器的应用场景很多，下面结合图10A-图10F进行示例介绍。
在第一个实例中，取钛酸钡纳米颗粒0.1g加入到3.6g的N，N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌2h后超声分散2h；然后取0.4g聚丙烯腈溶于上述溶液中，磁力搅拌至完全溶解。将得到的纺丝溶液进行静电纺丝，纺丝电压为15kV，接收距离10cm，推进速率1mL/h，相对湿度为10％。将纺好的纤维在干燥箱中60℃烘干3h，取出放入真空管式炉中，通入50sccm流量氩气，升温速率2℃/min，至800℃恒温保持2h后自然降温。碳化后的纤维裁剪成1cm×1.5cm的方片两端固定导线。用聚二甲基硅氧烷封装，80℃固化1h，制备成可以弯曲传感和自供能压力传感的双功能传感器。
将该实例制得的双功能柔性传感器固定在指关节处，通过弯曲功能，该传感器可以很好的捕捉手指的弯曲活动，参见图10A所示；同时，如果对传感器进行按压，手指和传感器之间形成接触起电，又由于手指压力产生压电效应，从而实现无需外接电源的自供能压力传感，参见图10B所示。由上可知，本实例的双功能柔性传感器可对手指弯曲角度在0～100°实现灵敏测量，并且可实现对手指轻触、敲击、按压的测量分辨。
在第二个实例中，取氧化锌纳米颗粒0.1g加入到10g的20％的酚醛树脂乙醇溶液中，磁力搅拌2h后超声分散2h；然后加入2g的聚乙烯吡咯烷酮溶于上述溶液中，磁力搅拌至完全溶解。将得到的纺丝溶液进行静电纺丝，纺丝电压为9kV，接收距离15cm，推进速率0.5mL/h，相对湿度为15％。将纺好的纤维在干燥箱中60℃烘干3h，取出放入真空管式炉中，通入100sccm流量氮气，升温速率3℃/min，至1000℃恒温保持1h后自然降温。碳化后的纤维裁剪成1cm×1.5cm的方片两端固定导线。用硅胶封装，25℃固化1h，制备成可以弯曲传感和自供能压力传感的双功能传感器。
将该实例制得的双功能柔性传感器作为弯曲传感器，放在人体喉结处可探测人的吞咽动作，参见图10C所示，电流变化可达18％，可以应用于医疗的领域。
在第三个实例中，取锆钛酸铅0.12g加入到5g的N，N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌2h后超声分散2h；然后加入0.5g的聚丙烯腈溶于上述溶液中，磁力搅拌至完全溶解。将得到的纺丝溶液进行静电纺丝，纺丝电压为12kV，接收距离12cm，推进速率1.5mL/h，相对湿度为20％。将纺好的纤维在干燥箱中60℃烘干3h，取出放入真空管式炉中，通入50sccm流量氩气，升温速率5℃/min，至800℃恒温保持2h后自然降温。碳化后的纤维裁剪成1cm×1.5cm的方片两端固定导线。用聚二甲基硅氧烷封装，80℃固化2h，制备成可以弯曲传感和自供能压力传感的双功能传感器。
将该实例制得的双功能柔性传感器作为弯曲传感器，放在不同直径的物体外围，可以实现曲率测量，参见图10D所示，对于直径为3cm和1.5cm的圆柱体可以实现区分和测量，对应的电流变化分别10％和30％；将该实例制得的双功能柔性传感器作为压力传感器，装在足部，产生的脚踏电压为5V～60V，参见图10E所示，可实现对人体走路、跑步等的测量等。
在第四个实例中，取偏铌酸钾钠0.08g加入到10g的18％的酚醛树脂乙醇溶液中，磁力搅拌2h后超声分散2h；然后加入1g的聚乙烯吡咯烷酮溶于上述溶液中，磁力搅拌至完全溶解。将得到的纺丝溶液进行静电纺丝，纺丝电压为12kV，接收距离12cm，推进速率1.5mL/h，相对湿度为20％。将纺好的纤维在干燥箱中60℃烘干3h，取出放入真空管式炉中，通入50sccm流量氩气，升温速率5℃/min，至800℃恒温保持1h后自然降温。碳化后的纤维裁剪成1cm×1.5cm的方片两端固定导线。用硅胶封装，25℃固化1h，制备成可以弯曲传感和自供能压力传感的双功能传感器。
如果将多个传感器装在手部，就可探测手指的运动。将该实例制得的8个双功能柔性传感器分别装在食指、中指、无名指、以及小拇指的关节和指纹处，可称为手部活动传感系统，在手指往复握紧的运动时，参见图10F所示，可实现手指弯曲最大电流变化0％～60％，四指尖接触压力最大2V电压的输出。
在第五个实例中，取铌镁酸铅0.09g加入到6g的N，N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌2h后超声分散2h；然后取0.6g的聚丙烯腈溶于上述溶液中，磁力搅拌至完全溶解。将得到的纺丝溶液进行静电纺丝，纺丝电压为15kV，接收距离12cm，推进速率1.2mL/h，相对湿度为15％。将纺好的纤维在干燥箱中60℃烘干3h，取出放入真空管式炉中，通入100sccm流量氮气，升温速率3℃/min，至1000℃恒温保持2h后自然降温。碳化后的纤维裁剪成1cm×1.5cm的方片两端固定导线。用聚二甲基硅氧烷封装，80℃固化1h，制备成可以弯曲传感和自供能压力传感的双功能传感器。将该实例制得的双功能柔性传感器用于面部运动测量，测试结果表明，该传感器具有良好的弯曲与压力传感功能，实现对面颊运动的灵敏探测，电流变化可达10％，外界物体敲击传感器可实现1V～35V的电压输出。
在第六个实例中，取铁酸铋0.12g加入到10g的15％的酚醛树脂乙醇溶液中，磁力搅拌2h后超声分散2h；然后加入2.5g的聚乙烯吡咯烷酮溶于上述溶液中，磁力搅拌至完全溶解。将得到的纺丝溶液进行静电纺丝，纺丝电压为15kV，接收距离12cm，推进速率0.5mL/h，相对湿度为30％。将纺好的纤维在干燥箱中60℃烘干3h，取出放入真空管式炉中，通入60sccm流量氩气，升温速率3℃/min，至1000℃恒温保持2h后自然降温。碳化后的纤维裁剪成1cm×1.5cm的方片两端固定导线。用硅胶封装，20℃固化30min，制备成可以弯曲传感和自供能压力传感的双功能传感器。将该实例制得的双功能柔性传感器用于指节弯曲和直接按压测量，测量结果表明，双功能传感器具有良好的弯曲与压力传感功能，可对指节弯曲运动实现灵敏的探测，电流变化可达5％～70％，手指按压对应有5V～45V的电压输出。
在本公开的第三个示例性实施例中，提供了一种可穿戴设备，该可穿戴设备包含上述提到的双功能柔性传感器。
本实施例中，可穿戴设备为手套或指套，双功能柔性传感器设置于手指的指关节和/或指纹处，用于获取手指弯曲或是按压的活动。
在其它实施例中，可穿戴设备为手环，双功能柔性传感器设置于手腕的脉搏处，用于监测脉搏跳动。
在其它实施例中，可穿戴设备为脖套或者吊坠，双功能传感器设置于喉结处，用于监测人体吞咽动作。
在其它实施例中，可穿戴设备为鞋套，双功能柔性传感器设置于鞋底，用于获取人体走路的参数。
当然，可穿戴设备不局限于上述实施例，还可以根据实际需要进行适应性变化或拓展。
双功能柔性传感器的功能主要是实现对人体活动的探测，从而使得该可穿戴设备可以检测人的健康状态，或者实现人机交互。人的手指是人体最为灵活精巧的部分，它实现人体与外部环境的绝大部分互动。通过手指运动，人能实现对物体的操控，以及信息表达。如果能够将手指活动所表达的信息传递到机器设备中，进行进一步的应用，那么传感器则担任了这个信息传递的媒介——人机交互的接口。
本实施例中，双功能柔性传感器具有模块化、多功能化、以及自驱动的特点，可穿戴设备也因此具备集成化、多功能化、以及自驱动的特点。其中，该模块化体现在每个双功能柔性传感器可以设置在人体的不同位置，并且可以设置多个传感器模块实现传感集成，该多功能化体现在可以实现对弯曲和压力的多功能传感，该自驱动体现在压力传感时，不需要外接电源，可以实现自驱动测量。
综上所述，本公开提供了一种双功能柔性传感器及其制备方法、可穿戴设备，基于掺杂压电纳米颗粒的碳化纤维层作为电极，外部由柔性绝缘层实现封装，构成单电极摩擦纳米发电机；在该柔性传感器与外界物体接触时，实现自供能压力传感；在该柔性传感器受到拉伸或弯曲等形变时，碳化纤维层自身的阻抗发生变化；同时位于碳化纤维之上的掺杂压电纳米颗粒由于压力、拉伸或弯曲等引起晶格变化，在宏观上产生压电势；基于三种工作原理，实现了曲率、压力传感两种工作模式，具有良好的柔韧性、便携性以及自驱动压力传感的特点；通过静电纺丝以及碳化工艺最终封装，制备工艺简单，可操作性强，尤其无机压电纳米颗粒产生的压电效应同时增强信号输出，有助于压力探测灵敏度的进一步提高；该柔性传感器的模块化程度高，可以应用在不同的身体部位，实现多个物理量的测量，实现多种人体活动的传感，应用范围广泛。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双功能柔性传感器，包括：
碳化纤维层，掺杂有压电纳米颗粒；以及
柔性绝缘层，封装该掺杂有压电纳米颗粒的碳化纤维层。
2.根据权利要求1所述的双功能柔性传感器，其中：
所述碳化纤维层的纤维材料包括如下材料中的一种：聚丙烯腈纤维、酚醛树脂纤维；和/或
所述碳化纤维层的厚度介于50μm～500μm之间；和/或
所述碳化纤维的纤维直径介于200nm～1.5μm之间。
3.根据权利要求1或2所述的双功能柔性传感器，其中：
所述压电纳米颗粒包括如下材料中的一种或几种：钛酸钡、氧化锌、铁酸铋、锆钛酸铅、铌镁酸铅、偏铌镁酸纳；和/或
所述压电纳米颗粒的粒径介于5nm～100nm之间。
4.根据权利要求1至3任一项所述的双功能柔性传感器，其中，所述柔性绝缘层的材料包括如下材料中的一种：柔性硅胶或者聚二甲基硅氧烷。
5.根据权利要求1至4任一项所述的双功能柔性传感器，其中，该双功能柔性传感器作为压力传感器，实现自驱动的压力传感；或者该双功能柔性传感器作为曲率传感器，实现对弯曲的传感，所述弯曲表示弯曲量或弯曲状态；或者该双功能柔性传感器同时作为压力传感器和曲率传感器，同时实现对压力和弯曲的传感。
6.一种权利要求1至5任一项所述的双功能柔性传感器的制备方法，包括：
制备掺杂有压电纳米颗粒的纤维层；
碳化处理掺杂有压电纳米颗粒的纤维层，得到掺杂有压电纳米颗粒的碳化纤维层；以及
封装该掺杂有压电纳米颗粒的碳化纤维层，完成双功能柔性传感器的制备。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述制备掺杂有压电纳米颗粒的纤维层的步骤包括：
配置压电纳米颗粒和聚合物纤维材料的静电纺丝溶液，采用静电纺丝工艺对该静电纺丝溶液进行纺丝，制备得到掺杂有压电纳米颗粒的纤维层，其中，静电纺丝的温度介于15℃～30℃之间，湿度小于30％，纺丝电压介于1kV～25kV之间。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其中，所述碳化处理掺杂有压电纳米颗粒的纤维层，包括：将掺杂有压电纳米颗粒的纤维层置于惰性气体氛围中进行碳化处理，处理温度在250℃～1000℃之间，碳化时间为1～8小时。
9.一种可穿戴设备，包含至少一个权利要求1至5任一项所述的双功能柔性传感器。
10.根据权利要求9所述的可穿戴设备，其中：
该可穿戴设备为手套或指套，双功能柔性传感器设置于手指的指关节和/或指纹处，用于获取手指弯曲或是按压的活动；或者
该可穿戴设备为手环，双功能柔性传感器设置于手腕的脉搏处，用于监测脉搏跳动；或者
该可穿戴设备为脖套或者吊坠，双功能传感器设置于喉结处，用于监测人体吞咽动作；或者
该可穿戴设备为鞋套，双功能柔性传感器设置于鞋底，用于获取人体走路或跑步的参数。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110836691A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-02-25 | 电子科技大学 | 一种可同时检测应变与温度的柔性多功能传感器及其制备方法 |
| CN111419207A (zh) * | 2020-03-12 | 2020-07-17 | 中山大学 | 一种心脏检测装置及其制作方法 |
| CN111912462A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-11-10 | 东南大学 | 一种具有滑动觉、压觉和温度觉的多功能柔性触觉传感器 |
| WO2021046988A1 (zh) * | 2019-09-11 | 2021-03-18 | 江南大学 | 一种用于测试的仿生口腔结构及其应用 |
| CN114110125A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-03-01 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种带有自供能传感器系统的谐波减速器 |
| CN114485999A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-05-13 | 重庆大学 | 一种柔性可穿戴的颈部运动自驱动传感装置 |
| CN114894244A (zh) * | 2022-04-12 | 2022-08-12 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种柔性应力与温度双模传感器及其制备方法和应用 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102954848A (zh) * | 2011-08-16 | 2013-03-06 | 中国科学技术大学 | 新型柔性力学传感器及其制备方法 |
| CN103961073A (zh) * | 2013-01-29 | 2014-08-06 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 压阻式电子皮肤及其制备方法 |
| JP2014160041A (ja) * | 2013-02-20 | 2014-09-04 | Yamaha Corp | 歪みセンサ及びその製造方法 |
| CN106152930A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-11-23 | 北京科技大学 | 一种高灵敏柔性可穿戴应变传感器及其低成本制作方法 |
| CN106381577A (zh) * | 2015-07-29 | 2017-02-08 | 国网智能电网研究院 | 一种碳纳米纤维负载钛酸钡材料及其制备方法 |
| CN106580256A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-04-26 | 清华大学 | 一种柔性压力传感器及其制备方法 |
| CN106601329A (zh) * | 2016-08-18 | 2017-04-26 | 北京纳米能源与系统研究所 | 一种柔性纳米摩擦发电机、制备方法及制成的传感器 |
| CN107014526A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-08-04 | 青岛大学 | 一种氧化锌基微纳米纤维阵列柔性压力传感器及其制备方法 |
| CN107502958A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-12-22 | 东华大学 | 基于摩擦纳米发电机的透气型柔性压力传感器及其制备 |
-
2018
- 2018-01-26 CN CN201810081305.8A patent/CN110081808A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102954848A (zh) * | 2011-08-16 | 2013-03-06 | 中国科学技术大学 | 新型柔性力学传感器及其制备方法 |
| CN103961073A (zh) * | 2013-01-29 | 2014-08-06 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 压阻式电子皮肤及其制备方法 |
| JP2014160041A (ja) * | 2013-02-20 | 2014-09-04 | Yamaha Corp | 歪みセンサ及びその製造方法 |
| CN106381577A (zh) * | 2015-07-29 | 2017-02-08 | 国网智能电网研究院 | 一种碳纳米纤维负载钛酸钡材料及其制备方法 |
| CN106152930A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-11-23 | 北京科技大学 | 一种高灵敏柔性可穿戴应变传感器及其低成本制作方法 |
| CN106601329A (zh) * | 2016-08-18 | 2017-04-26 | 北京纳米能源与系统研究所 | 一种柔性纳米摩擦发电机、制备方法及制成的传感器 |
| CN106580256A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-04-26 | 清华大学 | 一种柔性压力传感器及其制备方法 |
| CN107014526A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-08-04 | 青岛大学 | 一种氧化锌基微纳米纤维阵列柔性压力传感器及其制备方法 |
| CN107502958A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-12-22 | 东华大学 | 基于摩擦纳米发电机的透气型柔性压力传感器及其制备 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021046988A1 (zh) * | 2019-09-11 | 2021-03-18 | 江南大学 | 一种用于测试的仿生口腔结构及其应用 |
| CN110836691A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-02-25 | 电子科技大学 | 一种可同时检测应变与温度的柔性多功能传感器及其制备方法 |
| CN111419207A (zh) * | 2020-03-12 | 2020-07-17 | 中山大学 | 一种心脏检测装置及其制作方法 |
| CN111912462A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-11-10 | 东南大学 | 一种具有滑动觉、压觉和温度觉的多功能柔性触觉传感器 |
| CN114110125A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-03-01 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种带有自供能传感器系统的谐波减速器 |
| CN114110125B (zh) * | 2021-11-12 | 2024-01-23 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种带有自供能传感器系统的谐波减速器 |
| CN114485999A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-05-13 | 重庆大学 | 一种柔性可穿戴的颈部运动自驱动传感装置 |
| CN114485999B (zh) * | 2021-12-29 | 2024-01-19 | 重庆大学 | 一种柔性可穿戴的颈部运动自驱动传感装置 |
| CN114894244A (zh) * | 2022-04-12 | 2022-08-12 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种柔性应力与温度双模传感器及其制备方法和应用 |
| CN114894244B (zh) * | 2022-04-12 | 2024-01-12 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种柔性应力与温度双模传感器及其制备方法和应用 |
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