CN111641249B - 柔性可穿戴供电装置及制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及柔性可穿戴供电装置及制造方法，所述装置包括：电压产生模块，包括电极负载层、分隔层及微通道层，电极负载层上设置有至少一对电极；分隔层上设置有与电极对应的多个通孔；微通道层上设置有与通孔对应的多个汗液贮存腔，电极被设置为通过通孔与汗液贮存腔连通，在汗液贮存腔中存在汗液时，产生第一电压；电压处理模块，电连接于电压产生模块，用于对第一电压进行整流、滤波、稳压以得到第二电压，并用于存储及输出第二电压。通过以上装置，本公开实施例的装置的可弯曲性、可拉伸性较高，且可以预设穿戴形状以适应不同人体部位，通过形状记忆实现变形，从而卡压穿戴位置，提升了装置的可穿戴性及用户体验。

Description

柔性可穿戴供电装置及制造方法

技术领域

本公开涉及电子器件技术领域，尤其涉及一种柔性可穿戴供电装置及制造方法。

背景技术

随着技术的不断发展和进步，电子设备向着多功能、小型化的方向发展，极大拓展了应用领域，例如在医疗卫生领域，小型化电子设备已经成功应用于体温、血压、脉搏等信号的健康监测。然而，供能问题成为制约电子设备应用的瓶颈，外接电源的供能方式限制了电子设备的使用距离，干电池、锂电池等储能元件的重量大、刚度大、续航时间有限，降低了电子设备的可穿戴性。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种柔性可穿戴供电装置，所述装置包括：

电压产生模块，包括电极负载层、分隔层及微通道层，所述电极负载层、所述分隔层及所述微通道层由柔性形状记忆材料制成，

所述电极负载层上设置有至少一对电极，其中，每对电极的各个电极的电化学活性不同；

所述分隔层在所述电极负载层下方，所述分隔层上设置有与所述电极对应的多个通孔；

所述微通道层在所述分隔层下方，所述微通道层上设置有与所述通孔对应的多个汗液贮存腔，所述微通道层用于收集汗液，并将汗液贮存于所述汗液贮存腔中，所述电极被设置为通过所述通孔与所述汗液贮存腔连通，在所述汗液贮存腔中存在汗液时，产生第一电压；

电压处理模块，电连接于所述电压产生模块，用于对所述第一电压进行整流、滤波、稳压以得到第二电压，并用于存储及输出所述第二电压。

在一种可能的实施方式中，所述电极负载层设置有多个电极沟槽、多个连接部沟槽、多个导线沟槽、多个引线孔、多个连接部、多个导线及多个引线电极，所述电极设置于所述电极沟槽中，所述导线设置于所述导线沟槽中，所述电极与所述导线之间的设置有连接部，所述连接部设置于所述连接部沟槽中，多个电极通过设置于所述引线孔的引线电极串联连接，其中，

所述电极沟槽的宽度与所述电极的宽度相同，所述电极沟槽的深度不超过所述电极的厚度，所述连接部沟槽的深度、宽度与所述连接部的厚度、宽度相同，所述导线沟槽的深度、宽度大于所述导线的深度、宽度，所述引线孔贯穿所述电极负载层，形状与所述引线电极相同，

其中，所述导线为分形结构。

在一种可能的实施方式中，所述汗液贮存腔的第一端包括微毛细管阀，所述微毛细管阀连通空气，用于提供毛细力，

所述汗液贮存腔的第二端包括汗液注入孔，用于在接触到汗液时通过微毛细管阀提供的毛细力将汗液吸取并传输至所述汗液贮存腔，

其中，每对汗液贮存腔之间设置有连通管，所述分隔层用于封闭所述汗液注入孔、所述微毛细管阀、所述连通管的上表面。

在一种可能的实施方式中，所述电压处理模块包括柔性印制电路板、整流单元、滤波单元、稳压单元、储能单元及开关单元，所述稳压单元、所述整流单元、所述滤波单元、所述储能单元及所述开关单元设置于所述柔性印制电路板上，其中：

所述整流单元，用于对所述第一电压进行整流处理，得到第二电压；

所述滤波单元电连接于所述整流单元，用于对所述第二电压进行滤波处理；

所述稳压单元电连接于所述滤波单元，用于对滤波处理后的所述第二电压进行稳压处理；

所述储能单元用于存储稳压处理后的第二电压；

所述开关单元电连接于所述稳压单元及所述储能单元之间，用于控制所述稳压单元向所述储能单元供电或控制所述储能单元向外界供电。

在一种可能的实施方式中，所述整流单元包括第一电阻、第一运算放大器、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一二极管、第二二极管及第二运算放大器，

其中，所述第一电阻的第一端用于接收所述第一电压，所述第一电阻的第二端电连接于所述第一运算放大器的负向输入端、第二电阻的第一端及所述第三电阻的第一端，

所述第一运算放大器的正向输入端用于输入所述第一电压，所述第一运算放大器的输出端电连接于所述第一二极管的负极及所述第二二极管的正极，

所述第一二极管的正极电连接于所述第二电阻的第二端及所述第四电阻的第一端，所述第二二极管的负极电连接于所述第三电阻的第二端及所述第五电阻的第一端，

所述第二运算放大器的负向输入端电连接于所述第四电阻的第二端及所述第六电阻的第一端，所述第二运算放大器的正向输入端电连接于所述第五电阻的第二端，所述第二运算放大器的输出端电连接于所述第六电阻的第二端。

在一种可能的实施方式中，所述滤波单元包括第七电阻及第一电容，所述第七电阻的第一端电连接于所述第一电容的第一端、所述第六电阻的第二端及所述第二运算放大器的输出端，所述第一电容的第二端电连接于所述第一运算放大器的正向输入端；

所述稳压单元包括稳压二极管，所述稳压二极管的负极电连接于所述第七电阻的第二端，所述稳压二极管的正极电连接于所述第一电容的第二端；

所述开关单元包括第一开关、第二开关，所述第一开关的第一端电连接于所述稳压二极管的负极及所述第七电阻的第二端，所述第一开关的第二端用于输出第二电压，所述第一开关的第三端电连接于所述储能单元，所述二开关的第一端电连接于所述稳压二极管的正极及所述第一电容的第二端、所述第一运算放大器的正向输入端，所述第二开关的第二端用于输出第二电压，所述第二开关的第三端电连接于所述储能单元。

在一种可能的实施方式中，所述储能单元包括第八电阻、第一晶体管、第二晶体管、充电保护电路、第二电容、第九电阻及储能电池，

其中，所述第八电阻的第一端电连接于所述第一晶体管的漏极及所述第二开关的第三端，所述第八电阻的第二端电连接于所述充电保护电路的第一端，

所述第一晶体管的源极电连接于所述第二晶体管的漏极，所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极分别电连接于所述充电保护电路的第二端和第三端，所述第二晶体管的源极电连接于所述储能电池的负极、所述第二电容的第一端及所述充电保护电路的接地端，

所述储能电池的正极电连接于所述第九电阻的第一端及所述第一开关的第三端，所述第九电阻的第二端电连接于所述第二电容的第二端及所述充电保护电路的电源端，

其中，所述充电保护电路的第一端用于检测流过所述第八电阻的电流，所述充电保护电路用于根据所述第八电阻的电流产生第一晶体管控制信号和第二晶体管控制信号，所述充电保护电路的第二端用于输出第一晶体管控制信号以控制所述第一晶体管的导通状态，所述充电保护电路的第三端用于输出第二晶体管控制信号以控制所述第二晶体管的导通状态。

在一种可能的实施方式中，所述柔性印制电路板由聚酰亚胺制成。

根据本公开的另一方面，提出了一种柔性电子设备，所述柔性电子设备包括所述的柔性可穿戴供电装置。

根据本公开的另一方面，提出了一种柔性可穿戴供电装置制造方法，所述方法用于制造所述的柔性可穿戴供电装置，所述方法包括：

在第一衬底上旋涂光刻胶并图案化，采用反应离子刻蚀法刻蚀衬底得到制造所述装置的模具，在所述模具上生长牺牲层，并浇注柔性形状记忆材料、固化得到电极负载层、分隔层及微通道层；

在第二衬底上生长牺牲层、支撑层，通过电子束蒸发生长电极材料，并旋涂光刻胶，刻蚀所述电极材料得到至少一对电极，将所述至少一对电极转印至所述电极负载层；

在所述分隔层的上表面、下表面涂覆未固化的柔性形状记忆材料，将所述分隔层分别与所述电极负载层及所述微通道层进行装配，固化柔性形状记忆材料后得到电压产生模块；

将所述电压产生模块与电压处理模块电性连接。

通过以上装置，本公开实施例可以利用采集汗液并利用汗液发电得到第一电压，并对第一电压进行整流、滤波、稳压以得到稳定的第二电压，由于电压产生模块通过柔性形状记忆材料制成，因此，可弯曲性、可拉伸性较高，且可以预设穿戴形状以适应不同人体部位，通过形状记忆实现变形，从而卡压穿戴位置，提升了装置的可穿戴性及用户体验。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1a示出了根据本公开一实施方式的柔性可穿戴供电装置的框图。

图1b示出了根据本公开一实施方式的柔性可穿戴供电装置中电压产生模块的示意图。

图2a、图2b示出了根据本公开一实施方式的柔性可穿戴供电装置的示意图。

图2c示出了根据本公开一实施方式的柔性可穿戴供电装置的应用场景示意图。

图3a、图3b示出了根据本公开一实施方式的电极负载层的示意图。

图3c示出了根据本公开一实施方式的微通道层的示意图。

图4示出了根据本公开一实施方式的电压处理模块的框图。

图5示出了根据本公开一实施方式的电压处理模块的示意图。

图6示出了根据本公开一实施方式的柔性可穿戴供电装置制造方法的流程图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

汗液是常见的生理活动代谢产物，包含了多种化学物质，如乳酸等代谢物，以及尿素、氯化钠、微量元素等无机物，以及激素、蛋白质和其他外源物质，且汗液电解质的pH值在4-5之间，可以作为电解质溶液而构成原电池，从而制备供电装置，为电子设备供电。

本公开实施例提出了一种基于汗液实现供电的柔性可穿戴供电装置。

请参阅图1a，图1a示出了根据本公开一实施方式的柔性可穿戴供电装置的框图。

请参阅图1b，图1b示出了根据本公开一实施方式的柔性可穿戴供电装置中电压产生模块的示意图。

如图1a及图1b所示，所述装置包括：

电压产生模块10，包括电极负载层110、分隔层120及微通道层130，所述电极负载层110、所述分隔层120及所述微通道层130由柔性形状记忆材料制成，

所述电极负载层110上设置有至少一对电极(电极1101和电极1102)，其中，每对电极的各个电极的电化学活性不同，；

所述分隔层120在所述电极负载层110下方，所述分隔层120上设置有与所述电极对应的多个通孔1201；

所述微通道层130在所述分隔层120下方，所述微通道层130上设置有与所述通孔1201对应的多个汗液贮存腔1301，所述微通道层130用于收集汗液，并将汗液贮存于所述汗液贮存腔1301中，所述电极被设置为通过所述通孔1201与所述汗液贮存腔1301连通，在所述汗液贮存腔1301中存在汗液时，产生第一电压；

电压处理模块20，电连接于所述电压产生模块10，用于对所述第一电压进行整流、滤波、稳压以得到第二电压，并用于存储及输出所述第二电压。

通过以上装置，本公开实施例可以利用采集汗液并利用汗液发电得到第一电压，并对第一电压进行整流、滤波、稳压以得到稳定的第二电压，由于电压产生模块通过柔性形状记忆材料制成，因此，可弯曲性、可拉伸性较高，且可以预设穿戴形状以适应不同人体部位，通过形状记忆实现变形，从而卡压穿戴位置，提升了装置的可穿戴性及用户体验。

在一种可能的实施方式中，通过连通管相连的每对汗液贮存腔中的汗液可以作为电解液，每对电极中，电化学活性不同，其中一个电极可以作为正电极(例如电极1101)，另一电极可以作为负电极(例如电极1102)，从而构成原电池，进行电化学反应以产生第一电压。

在一个示例中，电极可以采用Zn、Cu、石墨等，例如，在一对电极中，一个电极的材料可以为Zn，另一个电极的材料可以为Cu；或者，一个电极的材料可以为Zn，另一个电极的材料可以为石墨。对于电极材料的选择，本领域技术人员可以根据需要确定，对此，本公开实施例不做限定。

在一种可能的实施方式中，所述柔性形状记忆材料可以包括形状记忆聚合物(Shape Memory Polymers，简称SMP)，或包括SMP与其他不具有形状记忆功能的材料的组合，例如可以包括SMP与聚二甲基硅氧烷(PDMS，polydimethylsiloxane)的组合。以上对柔性形状记忆材料的介绍是示例性的，当然，柔性形状记忆材料为其他，在此，本公开实施例不做限定。

本公开实施例提出的柔性可穿戴供电装置，具有较高的拉伸比和延展性，且具有形状记忆性，可以根据穿戴位置将装置设置为对应的形状，通过卡压而穿戴在人体的各个部位，例如颈部、手臂、大腿、小腿等部位。

请参阅图2a和图2b，图2a、图2b示出了根据本公开一实施方式的柔性可穿戴供电装置的示意图。

如图2a和图2b所示，柔性可穿戴供电装置可以被设置为长条形结构，并可以被变形为一个曲面结构，其曲率小于穿戴位置的曲率，以卡压于人体的特定部位，例如手臂、腿部等。由于柔性可穿戴供电装置具有形状记忆的特性，可以根据穿戴位置将装置设置为对应的形状，在需要对柔性电子设备充电时，可以快速将装置卡压在穿戴位置以实现穿戴，提升用户体验。

在一个示例中，电压处理模块可以设置在电压产生模块的侧面或其他部位(图2a未示出)，本公开实施例对电压处理模块在柔性可穿戴供电装置中的具体位置不做限定。

以上以柔性可穿戴供电装置为长方形结构进行介绍，然而，但本公开不限于此，柔性可穿戴供电装置也可以被设置为其他形状，例如圆形、椭圆形等，其中，装置可以被设置无尖锐棱角，以避免运动时与穿戴位置产生不可靠接触。

在一个示例中，柔性可穿戴供电装置的电压产生模块在制造时通过反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，RIE)和/或砂纸打磨等处理，增加了各层接触表面的粗糙度，有助于涂覆形状记忆聚合物前驱体。装配各层后将形状记忆聚合物前驱体固化，得到所述柔性可穿戴供电装置的电压产生模块。

请参阅图2c，图2c示出了根据本公开一实施方式的柔性可穿戴供电装置的应用场景示意图。

如图2c所示，柔性可穿戴供电装置可以卡压在手臂上，当手臂上出汗存在汗液时，柔性可穿戴供电装置可以采集手臂上的汗液，并利用采集的汗液发电。

当然，以上虽然以柔性可穿戴供电装置应用于人体作为示例进行了介绍，应该明白的是，本公开实施例不限于此，柔性可穿戴供电装置也可以应用于其他动物上，只要其可以产生可以作为电解质的汗液即可。

请参阅图3a、图3b，图3a、图3b示出了根据本公开一实施方式的电极负载层的示意图。

在一种可能的实施方式中，如图3a所示及图3b所示，所述电极负载层设置有多个电极沟槽1103、多个连接部沟槽1104、多个导线沟槽1105、多个引线孔1106、多个连接部1108、多个导线1109及多个引线电极1110，所述电极1101(或电极1102)设置于所述电极沟槽1103中，所述导线1109设置于所述导线沟槽1105中，所述电极1101与所述导线1109之间的设置有连接部1108，所述连接部1108设置于所述连接部沟槽1104中，多个电极通过设置于所述引线孔1106的引线电极1110串联连接，其中，

所述电极沟槽1103的宽度与所述电极1101(或电极1102)的宽度相同，所述电极沟槽1103的深度不超过所述电极1101(或电极1102)的厚度，所述连接部沟槽1104的深度、宽度与所述连接部1108的厚度、宽度相同，所述导线沟槽1105的深度、宽度大于所述导线1109的深度、宽度，所述引线孔1106贯穿所述电极负载层，形状与所述引线电极1110相同，

其中，所述导线为分形结构。

本公开实施例通过将所述电极沟槽1103的深度设置为不超过所述电极1101(或电极1102)的厚度，可以避免电极1101脱落，同时保证其与汗液接触。

本公开实施例通过将所述连接部沟槽1104的深度、宽度与所述连接部1108的厚度、宽度设置为相同，可以阻断汗液向外溢出。

本公开实施例通过将所述导线沟槽1105的深度、宽度设置为大于所述导线1109的深度、宽度，可以为导线1109的离面变形提供空间。

本公开实施例通过将所述引线孔1106贯穿所述电极负载层，并设置形状与所述引线电极1110相同，可以方便外部导线与引线电极1110焊接。

在一个示例中，导线1109可以为一级或多级分形结构，例如导线1109可以包括蛇形分形结构，可以被设置为一阶、二阶或更高阶。通过设置导线为分形结构，可以使得导线具有高的延展性。

在一个示例中，当电极负载层上设置有多对电极时，本公开实施例可以将多对电极串联，从而增加产生的电压大小。

如图2a所示，在一个示例中，电极负载层上可以设置3对电极，可以将每对电极通过引线电极电连接到电压处理模块(图2a未示出)，以升高产生的电压大小。

请参阅图3c，图3c示出了根据本公开一实施方式的微通道层的示意图。

在一种可能的实施方式中，如图3c所示，汗液贮存腔1301的第一端包括微毛细管阀1302，所述微毛细管阀1302连通空气，用于提供毛细力，

所述汗液贮存腔1301的第二端包括汗液注入孔1303，用于在接触到汗液时通过微毛细管阀1302提供的毛细力将汗液吸取并传输至所述汗液贮存腔1301，

其中，每对汗液贮存腔之间设置有连通管1304，所述分隔层用于封闭所述汗液注入孔1303、所述微毛细管阀1302、所述连通管1304的上表面。

在一个示例中，可以根据所需毛细力的大小设计微毛细管阀的数目和位置，对此，本领域技术人员可以根据需要设置。

请参阅图4，图4示出了根据本公开一实施方式的电压处理模块的框图。

在一种可能的实施方式中，如图4所示，所述电压处理模块可以包括柔性印制电路板200、整流单元210、滤波单元220、稳压单元230、储能单元250及开关单元240，所述整流单元210、滤波单元220、稳压单元230、储能单元250及开关单元240设置于所述柔性印制电路板200上，其中：

所述整流单元210，用于对所述第一电压进行整流处理，得到第二电压；

所述滤波单元220电连接于所述整流单元210，用于对所述第二电压进行滤波处理；

所述稳压单元230电连接于所述滤波单元220，用于对滤波处理后的所述第二电压进行稳压处理；

所述储能单元250用于存储稳压处理后的第二电压；

所述开关单元240电连接于所述稳压单元230及所述储能单元250之间，用于控制所述稳压单元230向所述储能单元250供电或控制所述储能单元250向外界供电。

通过所述电压处理模块，本公开实施例可以对电压产生模块产生的第一电压进行处理，从而得到稳定的直流电，并为集成的其他柔性电子器件安全供电。

在一种可能的实施方式中，所述柔性印制电路板可以由聚酰亚胺制成。

当然，也可以由其他柔性材料制成，以实现电压处理模块的可弯曲性。

请参阅图5，图5示出了根据本公开一实施方式的电压处理模块的示意图。

在一种可能的实施方式中，如图5所示，所述整流单元210包括第一电阻R1、第一运算放大器AMP1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一二极管D1、第二二极管D2及第二运算放大器AMP2，

其中，所述第一电阻R1的第一端用于接收所述第一电压，所述第一电阻R1的第二端电连接于所述第一运算放大器AMP1的负向输入端、第二电阻R2的第一端及所述第三电阻R3的第一端，

所述第一运算放大器AMP1的正向输入端用于输入所述第一电压，所述第一运算放大器AMP1的输出端电连接于所述第一二极管D1的负极及所述第二二极管D2的正极，

所述第一二极管D1的正极电连接于所述第二电阻R2的第二端及所述第四电阻R4的第一端，所述第二二极管D2的负极电连接于所述第三电阻R3的第二端及所述第五电阻R5的第一端，

所述第二运算放大器AMP2的负向输入端电连接于所述第四电阻R4的第二端及所述第六电阻R6的第一端，所述第二运算放大器AMP2的正向输入端电连接于所述第五电阻R5的第二端，所述第二运算放大器AMP2的输出端电连接于所述第六电阻R6的第二端。

通过以上整流单元，本公开实施例可以将输入的第一电压进行整流，得到第二电压。

以上对整流单元进行了示例性介绍，本公开实施例不限于此，在其他实施例中，整流单元也可以为其他形式，例如全桥整流等。

在一种可能的实施方式中，如图5所示，所述滤波单元220可以包括第七电阻R7及第一电容C1，所述第七电阻R7的第一端电连接于所述第一电容C1的第一端、所述第六电阻R6的第二端及所述第二运算放大器AMP2的输出端，所述第一电容C1的第二端电连接于所述第一运算放大器AMP1的正向输入端。

通过所述滤波单元，本公开实施例可以对整流后的第二电压进行滤波，滤除毛刺或其他干扰，得到滤波后的第二电压。

以上对滤波单元进行了示例介绍，应该明白的是，本公开实施例不限于此，在其他的实施例中，滤波单元还可以为其他形式，例如，可以为LC滤波，或为包括运算放大器的有源滤波等。

在一种可能的实施方式中，如图5所示，所述稳压单元230可以包括稳压二极管D3，所述稳压二极管D3的负极电连接于所述第七电阻R7的第二端，所述稳压二极管D3的正极电连接于所述第一电容C1的第二端。

通过以上稳压单元，本公开实施例可以对滤波后的第二电压进行稳压处理，得到稳压后的第二电压。

以上对稳压单元进行了示例性介绍，应该明白的是，本公开实施例不限于此，在其他的实施例中，稳压单元也可以为其他实行，例如，可以还可以在稳压二极管上并联晶体管，以放大输出的电流。

在一种可能的实施方式中，如图5所示，所述开关单元240可以包括第一开关S1、第二开关S2，所述第一开关S1的第一端电连接于所述稳压二极管D3的负极及所述第七电阻R7的第二端，所述第一开关S1的第二端用于输出第二电压，所述第一开关S1的第三端电连接于所述储能单元，所述二开关S2的第一端电连接于所述稳压二极管D3的正极及所述第一电容C1的第二端、所述第一运算放大器AMP1的正向输入端，所述第二开关S2的第二端用于输出第二电压，所述第二开关S2的第三端电连接于所述储能单元。

在一个示例中，第一开关S1、第二开关S2可以采用单刀双掷开关，或者多路选择器。

在一个示例中，当需要向集成的其他柔性电子器件供电时，可以利用开关控制信号控制第一开关S1的第二端和第三端连接、并控制第二开关S2的第二端和第三端连接，从而使得储能单元通过开关单元输出第二电压。当不需对集成的其他柔性电子器件进行供电时，可以利用开关控制信号控制第一开关S1的第一端和第三端连接、并控制第二开关S2的第一端和第三端连接，从而使得稳压单元输出电能对储能单元充电。

在一种可能的实施方式中，如图5所示，所述储能单元250可以包括第八电阻R8、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、充电保护电路IC、第二电容C2、第九电阻R9及储能电池U1，

其中，所述第八电阻R8的第一端电连接于所述第一晶体管Q1的漏极及所述第二开关S2的第三端，所述第八电阻R8的第二端电连接于所述充电保护电路IC的第一端CS，

所述第一晶体管Q1的源极电连接于所述第二晶体管Q2的漏极，所述第一晶体管Q1的栅极和所述第二晶体管Q2的栅极分别电连接于所述充电保护电路IC的第二端OC和第三端OD，所述第二晶体管Q2的源极电连接于所述储能电池U1的负极、所述第二电容C2的第一端及所述充电保护电路IC的接地端GND，

所述储能电池U1的正极电连接于所述第九电阻R9的第一端及所述第一开关S1的第三端，所述第九电阻R9的第二端电连接于所述第二电容C2的第二端及所述充电保护电路IC的电源端VCC，

其中，所述充电保护电路IC的第一端用于检测流过所述第八电阻R8的电流，所述充电保护电路IC用于根据所述第八电阻R8的电流产生第一晶体管控制信号和第二晶体管控制信号，所述充电保护电路的第二端用于输出第一晶体管控制信号以控制所述第一晶体管Q1的导通状态，所述充电保护电路IC的第三端用于输出第二晶体管控制信号以控制所述第二晶体管Q2的导通状态。

在一个示例中，所处储能电池U1可以为可充电电池，可以进行多次充放电。

在一个示例中，第一晶体管和第二晶体管可以为MOS管。

在一个示例中，充电保护电路IC还可以进行过充检测，例如，充电保护电路IC可以检测电源端VCC的电压，当电源端VCC电压逐渐升高，并超过上限阈值电压时，充电保护电路IC可以判定储能电池出现过充，因此，充电保护电路IC可以输出第一晶体管控制信号和/或第二晶体管控制信号，以控制第一晶体管、第二晶体管断开，从而实现过充保护。

在一个示例中，充电保护电路IC还可以进行过放检测，当开关单元控制储能单元向集成的其他柔性电子设备器件供电时，充电保护电路IC可以对电源端VCC的电压进行监控，当电源端VCC的电压持续下降，并低于下限阈值电压时，充电保护电路IC可以判定储能电池出现过放，因此，充电保护电路IC可以输出第一晶体管控制信号和/或第二晶体管控制信号，以控制第一晶体管、第二晶体管断开，从而实现过放保护。

在一个示例中，充电保护电路IC可以进行过流检测，当第八电阻的电流介于短路保护电流值的阈值区间或第八电阻的电压介于短路保护电压值的阈值区间时，充电保护电路IC可以判定出现过流，因此，充电保护电路IC可以输出第一晶体管控制信号和/或第二晶体管控制信号，以控制第一晶体管、第二晶体管断开，从而实现过放保护。

当然，充电保护电路还可以具有其他的功能，对此本公开实施例不做限定。

本公开实施例对充电保护电路IC的具体实施方式不做限定，本领域技术人员可以根据需要选择相关技术中的充电保护电路或根据所需功能设计电路。

本公开实施例提出的柔性可穿戴供电装置，延展性高，具有形状可塑的特性，且具有形状记忆的特点，可以卡压于人体的各个部位，以采集汗液实现发电，且，可以对产生的电压进行处理，得到稳定的直流电，以对集成的其他柔性电子设备器件进行供电，另外，在发电时，可以对电池进行充电以将电能存储，在对电池充电或放电时，可以进行充电、放电保护，以实现装置的安全充放电。本公开实施例提出的装置，还具有成本低的优势，易于推广利用。

在一种可能的实施方式中，柔性可穿戴供电装置可以与其他柔性电子器件集成为柔性电子设备，从而实现自供能和其他多种功能。其中，柔性电子器件可以包括由柔性材料制造得到的多种电子器件，如通讯器件、信号采集器件等。由于柔性可穿戴供电装置具有形状记忆的特性，可以根据穿戴位置将其设置为对应的形状，在使用柔性电子设备时，可以快速将其卡压在穿戴位置以实现穿戴。

请参阅图6，图6示出了根据本公开一实施方式的柔性可穿戴供电装置制造方法的流程图。

所述方法用于制造所述的柔性可穿戴供电装置，如图6所示，所述方法包括：

步骤S11，在第一衬底上旋涂光刻胶并图案化，采用反应离子刻蚀法刻蚀衬底得到制造所述装置的模具，在所述模具上生长牺牲层，并浇注柔性形状记忆材料、固化得到电极负载层、分隔层及微通道层；

步骤S12，在第二衬底上生长牺牲层、支撑层，通过电子束蒸发生长电极材料，并旋涂光刻胶，刻蚀所述电极材料得到至少一对电极，将所述至少一对电极转印至所述电极负载层；

步骤S13，在所述分隔层的上表面、下表面涂覆未固化的柔性形状记忆材料，将所述分隔层分别与所述电极负载层及所述微通道层进行装配，固化柔性形状记忆材料后得到电压产生模块；

步骤S14，将所述电压产生模块与电压处理模块电性连接。

通过以上方法，本公开实施例可以得到柔性可穿戴供电装置，所述装置可以利用采集汗液并利用汗液发电得到第一电压，并对第一电压进行整流、滤波、稳压以得到稳定的第二电压，由于电压产生模块通过柔性形状记忆材料制成，因此，可弯曲性、可拉伸性较高，且可以预设穿戴形状以适应不同人体部位，通过形状记忆实现变形，从而卡压穿戴位置，提升了装置的可穿戴性及用户体验。

在一个示例中，第一衬底、第二衬底可以为Si等。

在一个示例中，步骤S11在第一衬底上旋涂光刻胶后，可以包括固化、图案化等其他工艺，进行图案化时，可以根据电极负载层、分隔层、微通道层的不同特征确定图案。

在一个示例中，所述牺牲层的材料可以为聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，简称PMMA)或其他材料，支撑层材料可以为聚酰亚胺(Polyimide，PI)或其他材料。

在一个示例中，步骤S12中，电极材料可以包括Zn、Cu等，生产电极材料后，可以旋涂光刻胶，并固化、图案化、刻蚀，以得到需要的电极形状。

在一个示例中，当将电极转印至电极负载层时，可以通过RIE去除支撑层。

本公开对电压处理模块的制造方法不做限定，本领域技术人员可以根据现有的集成电路制造流程制造电压处理模块，并将电压处理模块设置在电压产生模块上。

其中，本公开实施例可以利用PDMS制造电压产生模块的各层结构，并在各层之间涂覆SMP，起粘接各层并驱动各层变形的作用，从而得到具有形状记忆、可拉伸、可弯曲的电压产生模块。

在一个示例中，得到所述装置后，由于所述装置具有可弯曲性、可拉伸性、形状记忆性，因此，可以将所得到的装置根据需要进行任意变形。

本公开实施例提出的柔性可穿戴供电装置制造方法，可以得到延展性高，具有形状可塑的特性，且具有形状记忆的特点的柔性可穿戴供电装置。方法简单，得到的装置可以卡压于人体的各个部位，以采集汗液实现发电，且，可以对产生的电压进行处理，得到稳定的直流电，以对集成的其他柔性电子器件进行供电，另外，在发电时，可以对电池进行充电以将电能存储，在对电池充电或放电时，可以进行充电、放电保护，以实现装置的安全充放电。本公开实施例提出的方法，还具有成本低的优势，易于推广利用。

应该说明的是，以上方法是制造前述装置的方法，关于制造得到的装置的具体介绍，请参阅前述描述，在此不再赘述。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (8)

1.一种柔性可穿戴供电装置，其特征在于，所述装置包括：

电压产生模块，包括电极负载层、分隔层及微通道层，所述电极负载层、所述分隔层及所述微通道层由柔性形状记忆材料制成，且利用所述柔性形状记忆材料将所述装置的形状设置为与生物体的可穿戴位置的形状相对应的形状，以使所述装置通过形状记忆形变卡压在所述可穿戴位置；

所述电极负载层上设置有至少一对电极，其中，每对电极的各个电极的电化学活性不同；

所述分隔层在所述电极负载层下方，所述分隔层上设置有与所述电极对应的多个通孔；

所述微通道层在所述分隔层下方，所述微通道层上设置有与所述通孔对应的多个汗液贮存腔，所述微通道层用于收集汗液，并将汗液贮存于所述汗液贮存腔中，所述电极被设置为通过所述通孔与所述汗液贮存腔连通，在所述汗液贮存腔中存在汗液时，产生第一电压；

电压处理模块，电连接于所述电压产生模块，用于对所述第一电压进行整流、滤波、稳压以得到第二电压，并用于存储及输出所述第二电压；

其中，所述电极负载层设置有多个电极沟槽、多个连接部沟槽、多个导线沟槽及多个引线孔、多个连接部、多个导线、多个引线电极，所述电极设置于所述电极沟槽中，所述导线设置于所述导线沟槽中，所述电极与所述导线之间的设置有连接部，所述连接部设置于所述连接部沟槽中，多个电极通过设置于所述引线孔的引线电极串联连接，其中，

所述电极沟槽的宽度与所述电极的宽度相同，所述电极沟槽的深度不超过所述电极的厚度，所述连接部沟槽的深度、宽度与所述连接部的厚度、宽度相同，所述导线沟槽的深度、宽度大于所述导线的深度、宽度，用于为所述导线的离面变形提供空间，所述引线孔贯穿所述电极负载层，形状与所述引线电极相同，

其中，所述导线为蛇形分形结构；

其中，所述汗液贮存腔的第一端包括微毛细管阀，所述微毛细管阀连通空气，用于提供毛细力，

所述汗液贮存腔的第二端包括汗液注入孔，用于在接触到汗液时通过微毛细管阀提供的毛细力将汗液吸取并传输至所述汗液贮存腔，

其中，每对汗液贮存腔之间设置有连通管，所述分隔层用于封闭所述汗液注入孔、所述微毛细管阀、所述连通管的上表面。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压处理模块包括柔性印制电路板、整流单元、滤波单元、稳压单元、储能单元及开关单元，所述稳压单元、所述整流单元、所述滤波单元、所述储能单元及所述开关单元设置于所述柔性印制电路板上，其中：

所述整流单元，用于对所述第一电压进行整流处理，得到第二电压；

所述滤波单元电连接于所述整流单元，用于对所述第二电压进行滤波处理；

所述稳压单元电连接于所述滤波单元，用于对滤波处理后的所述第二电压进行稳压处理；

所述储能单元用于存储稳压处理后的第二电压；

所述开关单元电连接于所述稳压单元及所述储能单元之间，用于控制所述稳压单元向所述储能单元供电或控制所述储能单元向外界供电。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述整流单元包括第一电阻、第一运算放大器、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一二极管、第二二极管及第二运算放大器，

其中，所述第一电阻的第一端用于接收所述第一电压，所述第一电阻的第二端电连接于所述第一运算放大器的负向输入端、第二电阻的第一端及所述第三电阻的第一端，

所述第一运算放大器的正向输入端用于输入所述第一电压，所述第一运算放大器的输出端电连接于所述第一二极管的负极及所述第二二极管的正极，

所述第一二极管的正极电连接于所述第二电阻的第二端及所述第四电阻的第一端，所述第二二极管的负极电连接于所述第三电阻的第二端及所述第五电阻的第一端，

所述第二运算放大器的负向输入端电连接于所述第四电阻的第二端及所述第六电阻的第一端，所述第二运算放大器的正向输入端电连接于所述第五电阻的第二端，所述第二运算放大器的输出端电连接于所述第六电阻的第二端。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述滤波单元包括第七电阻及第一电容，所述第七电阻的第一端电连接于所述第一电容的第一端、所述第六电阻的第二端及所述第二运算放大器的输出端，所述第一电容的第二端电连接于所述第一运算放大器的正向输入端；

所述稳压单元包括稳压二极管，所述稳压二极管的负极电连接于所述第七电阻的第二端，所述稳压二极管的正极电连接于所述第一电容的第二端；

所述开关单元包括第一开关、第二开关，所述第一开关的第一端电连接于所述稳压二极管的负极及所述第七电阻的第二端，所述第一开关的第二端用于输出第二电压，所述第一开关的第三端电连接于所述储能单元，所述二开关的第一端电连接于所述稳压二极管的正极及所述第一电容的第二端、所述第一运算放大器的正向输入端，所述第二开关的第二端用于输出第二电压，所述第二开关的第三端电连接于所述储能单元。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述储能单元包括第八电阻、第一晶体管、第二晶体管、充电保护电路、第二电容、第九电阻及储能电池，

其中，所述第八电阻的第一端电连接于所述第一晶体管的漏极及所述第二开关的第三端，所述第八电阻的第二端电连接于所述充电保护电路的第一端，

所述第一晶体管的源极电连接于所述第二晶体管的漏极，所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极分别电连接于所述充电保护电路的第二端和第三端，所述第二晶体管的源极电连接于所述储能电池的负极、所述第二电容的第一端及所述充电保护电路的接地端，

所述储能电池的正极电连接于所述第九电阻的第一端及所述第一开关的第三端，所述第九电阻的第二端电连接于所述第二电容的第二端及所述充电保护电路的电源端，

其中，所述充电保护电路的第一端用于检测流过所述第八电阻的电流，所述充电保护电路用于根据所述第八电阻的电流产生第一晶体管控制信号和第二晶体管控制信号，所述充电保护电路的第二端用于输出第一晶体管控制信号以控制所述第一晶体管的导通状态，所述充电保护电路的第三端用于输出第二晶体管控制信号以控制所述第二晶体管的导通状态。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述柔性印制电路板由聚酰亚胺制成。

7.一种柔性电子设备，其特征在于，所述柔性电子设备包括如权利要求1～6任一项所述的柔性可穿戴供电装置。

8.一种柔性可穿戴供电装置制造方法，其特征在于，所述方法用于制造权利要求1至6任一项所述的柔性可穿戴供电装置，所述方法包括：

在第一衬底上旋涂光刻胶并图案化，采用反应离子刻蚀法刻蚀衬底得到制造所述装置的模具，在所述模具上生长牺牲层，并浇注柔性形状记忆材料、固化得到电极负载层、分隔层及微通道层；

在第二衬底上生长牺牲层、支撑层，通过电子束蒸发生长电极材料，并旋涂光刻胶，刻蚀电极材料得到至少一对电极，将所述至少一对电极转印至所述电极负载层；

在所述分隔层的上表面、下表面涂覆未固化的柔性形状记忆材料，将所述分隔层分别与所述电极负载层及所述微通道层进行装配，固化柔性形状记忆材料后得到电压产生模块；

将所述电压产生模块与电压处理模块电性连接。

Images