CN113447172B - 一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器及制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及传感器领域，公开一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器及制作方法，该基于天然叶脉的穿戴式压力传感器，包括：衬底；设置在所述衬底一侧的第一电极层；设置在所述第一电极层背离所述衬底一侧的第二电极层；设置在所述第一电极层和所述第二电极层之间的具有孔状结构的压力结构层；其中，所述压力结构层包括：至少两层导电层和至少一层隔离层，所述导电层与所述隔离层交替层叠设置，且所述第一电极层与所述导电层接触，所述第二电极层与所述导电层接触。用于提升基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的环境适应性以及穿戴的舒适性。

Description

一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器及制作方法
技术领域
本发明涉及传感器的技术领域，特别涉及一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器及制作方法。
背景技术
随着可穿戴医疗设备、智能机器人、植入式医疗设备和人机界面等领域的快速发展，通过模仿自然皮肤的感知能力和特征，开发仿生穿戴式传感器成为了一大热点。其中，在发展具有优异的传感性能的传感器的基础上，对其环境友好性，生物相容性以及穿戴的舒适性也提出了一定的要求。
发明内容
本发明公开了一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器及制作方法，用于提升基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的环境适应性以及穿戴的舒适性。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器，包括：衬底；
设置在所述衬底一侧的第一电极层；
设置在所述第一电极层背离所述衬底一侧的第二电极层；
设置在所述第一电极层和所述第二电极层之间的具有孔状结构的压力结构层；
其中，所述压力结构层包括：至少两层导电层和至少一层隔离层，所述导电层与所述隔离层交替层叠设置，且所述第一电极层与所述导电层接触，所述第二电极层与所述导电层接触；
在衬底的一侧设置有第一电极层，在第一电极层背离衬底的一侧设置有第二电极层，在第一电极层和第二电极层之间设置有压力结构层，并且压力结构层为孔状结构，这种孔状结构可以提高透气性，从而提高了使用者穿戴时的舒适度，其中，压力结构层包括至少两层导电层和至少一层隔离层，导电层与隔离层交替层叠设置，且第一电极层与导电层接触，第二电极层与导电层接触；在使用过程中，当压力作用在衬底和第二电极层上时，压力结构层中的导电层也将会被挤压，同时在导电层之间的隔离层也会被挤压，由于隔离层也是孔状结构，当隔离层被压缩后在隔离层两侧的导电层连接并导通，导电层的电流传递至第一电极层和第二电极层，从而形成导电通路，使得压力结构层可以对压力进行响应，这是因为随着对本发明实施例提供的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器施加的压力增大，压力结构层的层间距减小，形成的导电通道数量增多，从而使压力结构层的电阻减小，相对应的电流增大，电流相对变化的大小反应施加的压力大小；由此压力结构层能够在较宽探测范围下对压力刺激产生较高灵敏度的响应；并且压力结构层中的导电层和隔离层可以根据需要交替层叠设置，只要是始终保证第一电极层与导电层接触，第二电极层与导电层接触即可，通过调节压力结构层中导电层的层数实现对本发明提供的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的灵敏度和探测范围的调控。
可选地，所述导电层包括：第一基体和形成在所述第一基体上的第一导电涂层。
可选地，所述第一基体材料包括多孔海绵、泡沫、多孔硅橡胶、多孔树脂或天然叶脉材料。
可选地，所述第一导电涂层的材料包括银、金、银纳米线、碳纳米管或还原氧化石墨烯。
可选地，当所述第一导电涂层的材料为银纳米线时，所述第一导电涂层的银纳米线的直径为20nm-200nm。
和/或，所述第一导电涂层的银纳米线的长度为40μm-200μm；
和/或，所述第一导电涂层的银纳米线的含量为0.6mg-1mg。
可选地，所述隔离层包括多孔海绵、泡沫、多孔硅橡胶、多孔树脂或天然叶脉材料。
可选地，还包括设置在所述第二电极层背离所述衬底一侧的封装层。
可选地，所述衬底和/或所述封装层为纳米纤维薄膜。
可选地，所述纳米纤维薄膜的厚度为18μm-22μm。
可选地，所述第一电极层包括：第二基体和形成在所述第二基体上的第二导电涂层。
可选地，所述第二电极层包括：第三基体和形成在所述第三基体上的第三导电涂层。
可选地，所述第二导电涂层的材料包括银、金、银纳米线、碳纳米管或还原氧化石墨烯。
可选地，当所述第二导电涂层的材料为银纳米线时，所述第二导电涂层的银纳米线的直径为20nm-200nm；
和/或，所述第二导电涂层的银纳米线的长度为40μm-200μm。
可选地，所述第一电极层和第二电极层中的基体为纳米纤维薄膜。
可选地，所述纳米纤维薄膜的材料包括热塑性聚氨酯弹性体橡胶、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物或聚乙烯醇。
可选地，所述纳米纤维薄膜的厚度为8μm-12μm。
第二方面，本发明提供一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的制作方法，用于制作第一方面所述的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器，包括：衬底；
形成在所述衬底一侧的第一电极层；
形成在所述第一电极层背离所述衬底一侧的第二电极层；
形成在所述第一电极层和所述第二电极层之间的具有孔状结构的压力结构层；
其中，所述压力结构层包括：至少两层导电层和至少一层隔离层，所述导电层与所述隔离层交替层叠设置，且所述第一电极层与所述导电层接触，所述第二电极层与所述导电层接触。
可选地，使用静电纺丝法制作纳米纤维薄膜以形成所述衬底；
和/或，使用静电纺丝法制作纳米纤维薄膜以形成所述封装层。
可选地，所述第一电极层包括：第二基体和形成在所述第二基体上的第二导电涂层，使用静电纺丝法制作纳米纤维薄膜以形成所述第二基体；
和/或，所述第二电极层包括：第三基体和形成在所述第三基体上的第三导电涂层，使用静电纺丝法制作纳米纤维薄膜以形成所述第三基体。
可选地，所述导电层包括：第一基体和形成在所述第一基体上的第一导电涂层；
所述第一基体材料包括多孔海绵、泡沫、多孔硅橡胶、多孔树脂或天然叶脉材料；
当所述第一基体材料为天然叶脉材料时，使用碱解法处理成熟叶片以形成所述天然叶脉材料。
可选地，当所述第一基体材料为天然叶脉材料时，在所述天然叶脉材料上喷涂导电涂层和磁控溅射金属以形成所述第一导电图层。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的压力结构层的扫描电子显微镜照片的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的压力结构层的高分辨扫描电子显微镜照片的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的衬底和封装层表面的扫描电子显微镜照片的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的第一电极层和第二电极层表面的扫描电子显微镜照片的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器在受到外界不同压力时的相对电流变化示意图；
图9为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的不同层数的压力结构层在受到外界不同压力时的相对电流变化示意图；
图10为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的受到不同外界压力时的电流随电压变化示意图；
图11为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的受到不同压力时的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器电流变化示意图；
图12为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的响应时间示意图；
图13为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的最小探测能力的示意图；
图14为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器受到6000次500Pa压力的电流变化示意图；
图15为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的透气能力示意图；
图16为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的降解过程照片；
图17为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的降解过程中的质量损失示意图；
图18为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的用于监测人体桡动脉搏动的电流变化示意图；
图19为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器对于人体手指不同弯曲度的电流变化示意图。
图中：100-衬底；200-第一电极层；300-第二电极层；400-压力结构层；410-导电层；420-隔离层；500-封装层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器，包括：衬底100；
设置在衬底100一侧的第一电极层200；
设置在第一电极层200背离衬底100一侧的第二电极层300；
设置在第一电极层200和第二电极层300之间的具有孔状结构的压力结构层400；
其中，压力结构层400包括：至少两层导电层410和至少一层隔离层420，导电层410与隔离层420交替层叠设置，且第一电极层200与导电层410接触，第二电极层300与导电层410接触；
还可以包括设置在第二电极层300背离衬底100一侧的封装层500。
需要说明的是，在衬底100的一侧设置有第一电极层200，在第一电极层200背离衬底100的一侧设置有第二电极层300，在第一电极层200和第二电极层300之间设置有压力结构层400，并且压力结构层400为孔状结构，这种孔状结构可以提高透气性，从而提高了使用者穿戴时的舒适度，其中，压力结构层400包括至少两层导电层410和至少一层隔离层420，导电层410与隔离层420交替层叠设置，且第一电极层200与导电层410接触，第二电极层300与导电层410接触，设置在第二电极层300背离衬底100一侧的封装层500；在使用过程中，当压力作用在衬底100和封装层500上时，压力结构层400中的导电层410由于与衬底100和封装层500接触，将会被挤压，同时在导电层410之间的隔离层420也会被挤压，由于隔离层420也是孔状结构，当隔离层420被压缩后在隔离层420两侧的导电层410连接并导通，导电层410的电流传递至第一电极层200和第二电极层300，从而形成导电通路，使得压力结构层400可以对压力进行响应，这是因为随着对本发明实施例提供的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器施加的压力增大，压力结构层400的层间距减小，形成的导电通道数量增多，从而使压力结构层400的电阻减小，相对应的电流增大，电流相对变化的大小反应施加的压力大小；由此压力结构层400能够在较宽探测范围下对压力刺激产生较高灵敏度的响应；并且压力结构层400中的导电层410和隔离层420可以根据需要交替层叠设置，只要是始终保证第一电极层200与导电层410接触，第二电极层300与导电层410接触即可，通过调节压力结构层400中导电层410的层数实现对本发明提供的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的灵敏度和探测范围的调控。
当然，在具体设置压力结构层400中，图1中示出的压力结构层400中导电层410层数为两层，位于两层导电层410之间的隔离层420为一层；参考图2中的压力结构层400中的导电层410为三层，在相邻两层导电层410之间的隔离层420共有两层；一并参考图3，图3中压力结构层400中的导电层410为四层，在相邻两层导电层410之间的隔离层420共有三层。出于对本发明实施例提供的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的厚度和性能的综合考虑，压力结构层400中的导电层410优选为两层到四层，隔离层420为一层到三层，以形成导电层410-隔离层420-导电层410这种交替间隔设置的方式。
常见的衬底材料一般选择如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、脂肪族芳香族无规共聚酯(Ecoflex)等聚合物高分子材料。虽然其压力传感性能已足够满足可穿戴器件的应用，但由于材料本身特性的限制，器件在实际应用中仍具有较大的局限性。
现在的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器还至少存在以下问题：基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的不透气性，导致人体的汗液和热量无法顺利排出，严重影响了人体穿戴的舒适性；但是由于基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的不可降解性，对环境的承载能力造成了一定的影响；基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的传感性能不可调控，无法适用于不同生活场景。
可选地，导电层包括：第一基体和形成在第一基体上的第一导电涂层。
具体地，第一基体材料包括多孔海绵、泡沫、多孔硅橡胶、多孔树脂或天然叶脉材料。
可选地，第一导电涂层的材料包括银、金、银纳米线、碳纳米管或还原氧化石墨烯。
导电层优选为喷涂导电涂层的天然叶脉材料，天然叶脉材料的叶脉骨架可以为桂花叶脉，石楠叶脉，木瓜叶脉，桉枝叶脉，茶树叶脉，玉兰叶脉，优选为经过特殊处理的玉兰叶脉。
当第一导电涂层的材料为银纳米线时，第一导电涂层的银纳米线的直径为20nm-200nm，具体地，第一导电涂层的银纳米线的直径可以为20nm、50nm、100nm、150nm或是200nm，具体直径可以根据实际需要进行选择；第一导电涂层的银纳米线的长度为40μm-200μm，具体地，第一导电涂层的银纳米线的长度可以为40μm、50μm、150μm或是200μm，具体长度可以根据实际需要进行选择；第一导电涂层的银纳米线的含量为0.6mg-1mg，具体地，第一导电涂层的银纳米线的含量可以为0.6mg、0.7mg、0.8mg、0.9mg或是1mg，具体第一导电涂层的银纳米线的含量可以根据实际需要进行选择。
同样的，隔离层包括多孔海绵、泡沫、多孔硅橡胶、多孔树脂或天然叶脉材料。隔离层优选为叶脉骨架，天然叶脉材料的叶脉骨架可以为桂花叶脉，石楠叶脉，木瓜叶脉，桉枝叶脉，茶树叶脉，玉兰叶脉，优选为经过特殊处理的玉兰叶脉，优选为经过特殊处理的玉兰叶脉。
如图4所示，图4为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的压力结构层的扫描电子显微镜照片的结构示意图；压力结构层具有叶脉固有的断口状结构和分形结构以及堆叠形成的三维垂直多孔结构，有利于提高压力传感性能和透气性，压力结构层中的隔离层选用的是经过碱解法处理获得的叶脉骨架，压力结构层中的导电层选用的是喷涂有导电涂层的叶脉骨架，选用叶脉作为压力结构层的原因是其具有分型结构和断口结构，能最大限度地扩大导电层和隔离层每层的比表面积，并且叶脉其具有可降解性，透气性及良好的生物相容性；如图5所示，图5为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的压力结构层的高分辨扫描电子显微镜照片的结构示意图；可以看出银纳米线均匀地缠绕于叶脉上，赋予叶脉良好的导电性，关于导电涂层选用银纳米线的原因是其能够很好的缠绕在叶脉上，且具有良好的导电性、稳定性、抗菌性及生物相容性。
关于衬底和封装层的结构具体有以下几种选择：
方式一、衬底为纳米纤维薄膜；
方式二、封装层为纳米纤维薄膜；
方式三、衬底为纳米纤维薄膜，封装层也为纳米纤维薄膜。
如图6所示，图6为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的衬底和封装层表面的扫描电子显微镜照片的结构示意图；衬底和封装层具有多孔结构，有利于提高本发明实施例提供的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的透气性。
关于作为衬底和/或封装层的纳米纤维薄膜的厚度为18μm-22μm，具体地上述纳米纤维薄膜的厚度可以为18μm、19μm、20μm、21μm或是22μm，具体厚度可以根据实际需要进行选择。纳米纤维薄膜可以为热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)，聚丙烯腈(PAN)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)，聚乙烯醇(PVA)，优选为聚乙烯醇(PVA)，具体纳米纤维薄膜材料可以根据实际需要进行选择。
值得注意的是，衬底和封装层选用的是静电纺丝法制备的纳米纤维薄膜，选用纳米纤维薄膜作为衬底和封装层的原因是：首先，其具有优异的可降解性、透气性、疏水性及良好的生物相容性，适合作为基于电阻型结构的压力传感器的衬底和封装层；其次，是其可以制备多孔结构、简单易行，成本低。
可选地，第一电极层包括：第二基体和形成在第二基体上的第二导电涂层；第二基体为纳米纤维薄膜；第二导电涂层的材料包括银、金、银纳米线、碳纳米管或还原氧化石墨烯。
当第二导电涂层的材料为银纳米线时，第二导电涂层的银纳米线的直径为20nm-200nm，具体地，第二导电涂层的银纳米线的直径可以为20nm、50nm、100nm、150nm或是200nm，具体直径可以根据实际需要进行选择；第二导电涂层的银纳米线的长度为40μm-200μm，具体地，第二导电涂层的银纳米线的长度可以为40μm、50μm、150μm或是200μm，具体长度可以根据实际需要进行选择。
可选地，第二电极层包括：第三基体和形成在第三基体上的第三导电涂层；第三基体为纳米纤维薄膜；第三导电涂层的材料包括银、金、银纳米线、碳纳米管或还原氧化石墨烯。
当第三导电涂层的材料为银纳米线时，第三导电涂层的银纳米线的直径为20nm-200nm，具体地，第三导电涂层的银纳米线的直径可以为20nm、50nm、100nm、150nm或是200nm，具体直径可以根据实际需要进行选择；第三导电涂层的银纳米线的长度为40μm-200μm，具体地，第三导电涂层的银纳米线的长度可以为40μm、50μm、150μm或是200μm，具体长度可以根据实际需要进行选择。纳米纤维薄膜的材料包括热塑性聚氨酯弹性体橡胶、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物或聚乙烯醇。
这里第二基体为纳米纤维薄膜和第三基体为纳米纤维薄膜，第二基体和第三基体的厚度为8μm-12μm，具体第二基体的厚度可以为8μm、9μm、10μm、11μm或是12μm，第三基体的厚度可以为8μm、9μm、10μm、11μm或是12μm。
第二基体和第三基体选用的是以静电纺丝法制备的纳米纤维薄膜为基体，并在其上喷涂导电涂层，选用纳米纤维薄膜作为第二基体和第三基体的原因是其具有优异的可降解性、透气性、亲水性及良好的生物相容性，选用喷涂法引入导电涂层的原因是此技术获得的导电层与基体结合较好，厚度均匀，制备简单，易于工业化；其中，导电涂层选用银纳米线的原因是其具有良好的导电性、稳定性、抗菌性及生物相容性，适合用于制备基于电阻型结构的压力传感器。
如图7所示，图7为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的第一电极层和第二电极层表面的扫描电子显微镜照片的结构示意图；第一电极层和第二电极层均具有多孔结构，有利于提高本发明实施例提供的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的透气性。
如图8所示，图8为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器在受到外界不同压力时的相对电流变化示意图；图中Ag NWs表示银纳米线，随着银纳米线含量的增多，基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的灵敏度提高，线性探测范围增大。基于灵敏度和线性探测范围的双重考虑，银纳米线含量高的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器具有更好的应用前景。因此可以在满足成本和制作工艺的基础上，尽可能地提高银纳米线的含量。
如图9所示，图9为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的压力结构层中不同层数的导电层在受到外界不同压力时的相对电流变化示意图；图中AgNWs-2layers表示两层导电层，Ag NWs-3layers表示三层导电层，Ag NWs-4layers表示四层导电层，随着压力结构层中导电层层数的增多，基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的灵敏度提高，线性探测范围增大。通过改变压力结构层的层数可以对基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的性能进行调控。
如图10所示，图10为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的受到不同外界压力时的电流随电压变化示意图；由图中可以看出，本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的电流-电压特性是线性关系，斜率越大，说明基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的电阻越小，并且从图中可知基于天然叶脉的穿戴式压力传感器各层的接触处是一个纯电阻，表现出良好的欧姆接触。
如图11所示，图11为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的受到不同压力时的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器电流变化示意图；随着压力的增大，电流变化值显著增大，即0.6kPa压力下的电流小于20kPa压力下的电流。
如图12所示，图12为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的响应时间示意图；这里的响应时间是基于天然叶脉的穿戴式压力传感器从受到压力，电流开始变化到达到稳定值时所用的时间，通常，读取达到稳定值90％的时间作为响应时间。由图中可以看出，在时间65.4s-66.2s这段时间为电流的稳定阶段，而关于响应时间则为从65.2s-65.4s阶段，即响应时间为0.2s。
如图13所示，图13为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的最小探测能力的示意图；由图中可知，本发明实施例提供的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的最小可以感受到30pa的压力，因此本发明实施例提供的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的结构使得探测时是十分敏感的。
如图14所示，图14为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器受到6000次500Pa压力的电流变化示意图；从图中可以看出，基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的电流并未发生显著变化，性能在长期使用过程中较为稳定。
如图15所示，图15为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的透气能力示意图；封装的含水玻璃瓶中水分子透过基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的质量损失几乎达到了100％，展示出了极好的透气性。而对比密封膜，封装的含水玻璃瓶中水分子质量损失为0％，这里第一电极层和第二电极层的材料选择为聚乙烯醇(PVA)、衬底和封装层的材料选择为聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、以及压力结构层的材料选择为叶脉，含水玻璃瓶中水分子透过聚乙烯醇(PVA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)以及叶脉的质量损失几乎达到了100％，其曲线特性与本发明实施例提供的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的曲线特性重合。
如图16所示，图16为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的降解过程照片；由图中可以明确看出选择不同的材料其降解性的不同，以聚乙烯醇(PVA)为例，在随着时间推移，当到第15天的时候，聚乙烯醇(PVA)就完全降解了，对环境极其友好。
如图17所示，图17为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的降解过程中的质量损失示意图；选择不同材料将会有不同的降解效果，例如聚乙烯醇(PVA)降解最好；聚乙烯醇(PVA)与叶脉两种层叠的降解效果较好；聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚乙烯醇(PVA)与叶脉三种层叠的降解效果良好；聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)的降解效果一般，聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)与叶脉两种层叠的降解效果较差。
如图18所示，图18为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的用于监测人体桡动脉搏动的电流变化示意图；从图中可以看出基于天然叶脉的穿戴式压力传感器可检测到脉搏波，并可提取出三个典型波形。
如图19所示，图19为本发明实施例提供的一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器对于人体手指不同弯曲度的电流变化示意图；本发明实施例提供的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器可检测到30°、60°、90°、120°不同手指弯曲角度，随着手指弯曲角度的增大，电流显著增大。
第二方面，本发明提供一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的制作方法，用于制作第一方面的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器，包括：衬底；
形成在衬底一侧的第一电极层；
形成在第一电极层背离衬底一侧的第二电极层；
形成在第一电极层和第二电极层之间的具有孔状结构的压力结构层；
其中，压力结构层包括：至少两层导电层和至少一层隔离层，导电层与隔离层交替层叠设置，且第一电极层与导电层接触，第二电极层与导电层接触。
具体地，衬底通过静电纺丝法制作纳米纤维薄膜形成；
和/或，封装层通过静电纺丝法制作纳米纤维薄膜形成。
具体地，第一电极层包括：第二基体和形成在第二基体上的第二导电涂层，使用静电纺丝法制作纳米纤维薄膜以形成第二基体；
和/或，第二电极层包括：第三基体和形成在第三基体上的第三导电涂层，使用静电纺丝法制作纳米纤维薄膜以形成第三基体。
可选地，导电层包括：第一基体和形成在第一基体上的第一导电涂层；第一基体材料包括多孔海绵、泡沫、多孔硅橡胶、多孔树脂或天然叶脉材料；当第一基体材料为天然叶脉材料时，使用碱解法处理成熟叶片以形成天然叶脉材料。在天然叶脉材料上喷涂导电涂层和磁控溅射金属以形成第一导电图层。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (18)

1.一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器，其特征在于，包括：衬底，所述衬底具有多孔结构；
设置在所述衬底一侧的第一电极层；
设置在所述第一电极层背离所述衬底一侧的第二电极层；
设置在所述第一电极层和所述第二电极层之间的具有孔状结构的压力结构层；
其中，所述压力结构层包括：至少两层导电层和至少一层隔离层，所述导电层与所述隔离层交替层叠设置，且所述第一电极层与所述导电层接触，所述第二电极层与所述导电层接触，至少一层所述隔离层、至少两层所述导电层均为孔状结构；当所述隔离层被压缩后在所述隔离层两侧的所述导电层连接并导通；
所述导电层包括：第一基体和形成在所述第一基体上的第一导电涂层；
所述第一基体材料包括多孔海绵、泡沫、多孔硅橡胶、多孔树脂或天然叶脉材料。
2.根据权利要求1所述的穿戴式压力传感器，其特征在于，所述第一导电涂层的材料包括银、金、银纳米线、碳纳米管或还原氧化石墨烯。
3.根据权利要求2所述的穿戴式压力传感器，其特征在于，当所述第一导电涂层的材料为银纳米线时，所述第一导电涂层的银纳米线的直径为20nm-200nm；
和/或，所述第一导电涂层的银纳米线的长度为40μm-200μm；
和/或，所述第一导电涂层的银纳米线的含量为0.6mg-1mg。
4.根据权利要求1所述的穿戴式压力传感器，其特征在于，所述隔离层包括多孔海绵、泡沫、多孔硅橡胶、多孔树脂或天然叶脉材料。
5.根据权利要求1-4任一项所述的穿戴式压力传感器，其特征在于，还包括设置在所述第二电极层背离所述衬底一侧的封装层。
6.根据权利要求5所述的穿戴式压力传感器，其特征在于，所述衬底和/或所述封装层为纳米纤维薄膜。
7.根据权利要求1所述的穿戴式压力传感器，其特征在于，所述第一电极层包括：第二基体和形成在所述第二基体上的第二导电涂层。
8.根据权利要求1所述的穿戴式压力传感器，其特征在于，所述第二电极层包括：第三基体和形成在所述第三基体上的第三导电涂层。
9.根据权利要求7或8所述的穿戴式压力传感器，其特征在于，所述导电涂层的材料包括银、金、银纳米线、碳纳米管或还原氧化石墨烯。
10.根据权利要求9所述的穿戴式压力传感器，其特征在于，当所述导电涂层的材料为银纳米线时，所述导电涂层的银纳米线的直径为20nm-200nm；
和/或，所述导电涂层的银纳米线的长度为40μm-200μm。
11.根据权利要求7或8所述的穿戴式压力传感器，其特征在于，所述第一电极层和所述第二电极层中的基体为纳米纤维薄膜。
12.根据权利要求6或11所述的穿戴式压力传感器，其特征在于，所述纳米纤维薄膜的材料包括热塑性聚氨酯弹性体橡胶、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物或聚乙烯醇。
13.根据权利要求6、11或12所述的穿戴式压力传感器，其特征在于，所述纳米纤维薄膜的厚度为8μm-12μm。
14.一种基于天然叶脉的穿戴式压力传感器的制作方法，其特征在于，用于制作权利要求1-13任一项所述的基于天然叶脉的穿戴式压力传感器，包括：衬底；
形成在所述衬底一侧的第一电极层；
形成在所述第一电极层背离所述衬底一侧的第二电极层；
形成在所述第一电极层和所述第二电极层之间的具有孔状结构的压力结构层；
其中，所述压力结构层包括：至少两层导电层和至少一层隔离层，所述导电层与所述隔离层交替层叠设置，且所述第一电极层与所述导电层接触，所述第二电极层与所述导电层接触。
15.根据权利要求14所述的制作方法，其特征在于，使用静电纺丝法制作纳米纤维薄膜以形成所述衬底；
和/或，使用静电纺丝法制作纳米纤维薄膜以形成设置在所述第二电极层背离所述衬底一侧的封装层。
16.根据权利要求15所述的制作方法，其特征在于，所述第一电极层包括：第二基体和形成在所述第二基体上的第二导电涂层，使用静电纺丝法制作纳米纤维薄膜以形成所述第二基体；
和/或，所述第二电极层包括：第三基体和形成在所述第三基体上的第三导电涂层，使用静电纺丝法制作纳米纤维薄膜以形成所述第三基体。
17.根据权利要求16所述的制作方法，其特征在于，所述导电层包括：第一基体和形成在所述第一基体上的第一导电涂层；
所述第一基体材料包括多孔海绵、泡沫、多孔硅橡胶、多孔树脂或天然叶脉材料；
当所述第一基体材料为天然叶脉材料时，使用碱解法处理成熟叶片以形成所述天然叶脉材料。
18.根据权利要求17所述的制作方法，其特征在于，当所述第一基体材料为天然叶脉材料时，在所述天然叶脉材料上喷涂导电涂层和磁控溅射金属以形成所述第一导电涂层。
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