CN114323358A - 基于柔性胶原材料的电容式压力传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及提供基于柔性胶原材料的电容式压力传感器及其制备方法，包括介电层和与介电层相连的柔性基底，所述介电层选用生物毒性低、生物相容性良好的柔性胶原材料，所述柔性基底可与外部电容表的导线相连。当对传感元件的感测区施加压力，电容的强度发生变化并在电容表上显示。本发明具有高柔性、低生物毒性和良好的生物相容性的特点，具备实现可穿戴传感检测的潜力。
Description
技术领域
本发明涉及电容式压力传感器技术领域，特别是基于柔性胶原材料的电容式压力传感器及其制备方法。
背景技术
电容式压力传感器的原理为将压力对介电层的作用转换为电容的变化。根据经典电容公式C＝ε·S/d可知，当对传感器施加外界压力时，压力使得介电层的厚度变小，即平行电容板之间的距离d变小，从而导致电容增大。不难得知，距离d的形变量越大，电容C的增量就越大，因此高柔性材料在制作电容式压力传感器方面具有优势。
胶原材料属于三螺旋纤维结构的柔性生物基底，具有低生物毒性和良好的生物相容性。例如，猪皮胶原在临床上常被用作烧伤皮肤的生物临时皮肤替代品，狗皮胶原曾常被制作成膏药，另外胶原材料也涉及到皮革行业和纺织行业，因而它具备实现可穿戴传感检测的潜力。
发明内容
本发明提出了基于柔性胶原材料的电容式压力传感器及其制备方法，包括介电层和与介电层相连的柔性基底，所述介电层选用生物毒性低、生物相容性良好的柔性胶原材料，所述柔性基底可与外部电容表的导线相连，具体制备步骤如下：
将胶原材料浸渍在离子溶液中一段时间，利用物理沉积及材料的高毛细力使离子溶液附着于材料上，得到离子活化的胶原材料。
将离子活化的胶原材料裁剪成所需尺寸，并使用柔性基底与离子活化的胶原材料的上、下表面相贴合，得到电容式压力传感元件。
将传感元件与外部电容表相连接，当对传感元件的感测区施加压力，电容的强度发生变化并在电容表上显示。
所述离子溶液为1-正丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐。
所述柔性基底为导电材料铜片。
所述胶原材料浸渍时间为5～60分钟。
所述裁剪后的离子活化的胶原材料长度为0.3cm～3cm，宽度为0.3cm～3cm。
所述的柔性基底与介电层通过粘结剂进行贴合。
所述的两块柔性导电铜基底相互平行，且正对部分的长度为0.3cm～3cm，宽度为0.3cm～3.0cm。
所述介电层的厚度为0.4mm～6mm，且可通过堆叠离子活化的胶原材料的层数进行控制。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明结合了胶原材料低生物毒性、高生物相容性以及高柔性等优点，提出了一种柔性电容式压力传感器，具有便携性好、灵敏度高等特点，有望应用于可穿戴压力传感器领域。
附图说明
图1为本发明所述介电层制备示意图；
图2为本发明电容式压力传感器的结构示意图；
图3为实施例中电容式压力传感器在重复施加外力下的电容变化曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1：
将胶原材料浸渍在离子溶液1-正丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐中10分钟，利用物理沉积及材料的高毛细力使离子溶液附着于材料上，随后取出样品在100摄氏度的温度下烘干处理2小时后，得到离子活化的胶原材料，过程如图1所示。
将离子活化的胶原材料裁剪成0.5*0.5cm的尺寸，利用堆叠的方式控制介电层的厚度为0.8mm。
使用粘结剂将柔性基底与介电层的上、下表面相贴合，正对长度为0.5cm，宽度为0.3mm，得到电容式压力传感元件。
将传感元件与外部电容表相连接，当对传感元件的感测区施加压力，电容的强度发生变化并在电容表上显示。
实施例2：
将胶原材料浸渍在离子溶液1-正丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐中20分钟，利用物理沉积及材料的高毛细力使离子溶液附着于材料上，随后取出样品在80摄氏度的温度下烘干处理3小时后，得到离子活化的胶原材料，过程如图1所示。
将离子活化的胶原材料裁剪成0.8*0.8mm的尺寸，利用堆叠的方式控制介电层的厚度为1.0mm。
使用粘结剂将柔性基底与介电层的上、下表面相贴合，正对长度为0.7cm，宽度为0.5mm，得到电容式压力传感元件。
将传感元件与外部电容表相连接，当对传感元件的感测区施加压力，电容的强度发生变化并在电容表上显示。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.基于柔性胶原材料的电容式压力传感器及其制备方法，其特征在于，包括介电层和与介电层相连的柔性基底，所述介电层选用生物毒性低、生物相容性良好的柔性胶原材料，所述柔性基底可与外部电容表的导线相连，具体制备步骤如下：
S1：将胶原材料浸渍在离子溶液中一段时间，利用物理沉积及材料的高毛细力使离子溶液附着于材料上，随后取出样品烘干处理后，得到离子活化的胶原材料；
S2：将离子活化的胶原材料裁剪成所需尺寸，并使用柔性基底与离子活化的胶原材料的上、下表面相连接，得到电容式压力传感元件；
S3：将传感元件与外部电容表相连接，当对传感元件的感测区施加压力，电容的强度发生变化并在电容表上显示。
2.根据权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述离子溶液为1-正丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐。
3.根据权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述柔性基底为导电材料铜片。
4.根据权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述胶原材料浸渍时间为5～60分钟。
5.根据权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述烘干温度为60～120摄氏度。
6.根据权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述烘干时间为0.5～12小时。
7.根据权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述裁剪后的离子活化的胶原材料长度为0.3cm～3cm，宽度为0.3cm～3cm。
8.根据权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述的柔性基底与介电层通过粘结剂进行贴合。
9.根据权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述的两块柔性导电铜基底相互平行，且正对部分的长度为0.3cm～3cm，宽度为0.3cm～3cm。
10.根据权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述介电层的厚度为0.4mm～6mm，且可通过堆叠离子活化的胶原材料的层数进行控制。
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Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030137032A1 (en) * | 2000-05-01 | 2003-07-24 | Abbott Donald C. | Pre-finished leadframe for semiconductor devices and method fo fabrication |
| US20130112967A1 (en) * | 2011-11-09 | 2013-05-09 | National Cheng Kung University | Field-effect transistor with a dielectric layer having therein denatured albumen |
| US20130181191A1 (en) * | 2012-01-13 | 2013-07-18 | Jenn-Chang Hwang | Electronic devices including bio-polymeric material and method for manufacturing the same |
| US20140312879A1 (en) * | 2011-10-31 | 2014-10-23 | Universitá Degli Studi Di Bari | Method to realize electronic field-effect transistor sensors |
| CN106017748A (zh) * | 2016-05-19 | 2016-10-12 | 北京印刷学院 | 基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器及其制备方法 |
| CN106840478A (zh) * | 2017-02-14 | 2017-06-13 | 南京工业大学 | 一种基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法 |
| US20170304815A1 (en) * | 2014-09-09 | 2017-10-26 | David John Vachon | Antimicrobial And Biological Active Polymer Composites And Related Methods, Materials and Devices |
| CN108625160A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-10-09 | 东华大学 | 一种毛细效应协助的非共价组装的涂层及其制备方法 |
| CN109443609A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-03-08 | 陕西科技大学 | 一种基于皮胶原的高精度压阻传感器材料及其制备方法 |
| CN109813467A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-05-28 | 南方科技大学 | 一种压力传感器及其制备方法和用途 |
| CN110787661A (zh) * | 2018-08-01 | 2020-02-14 | 台鉅生技股份有限公司 | 聚合物-胶原蛋白复合膜及其制造方法 |
-
2021
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Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030137032A1 (en) * | 2000-05-01 | 2003-07-24 | Abbott Donald C. | Pre-finished leadframe for semiconductor devices and method fo fabrication |
| US20140312879A1 (en) * | 2011-10-31 | 2014-10-23 | Universitá Degli Studi Di Bari | Method to realize electronic field-effect transistor sensors |
| US20130112967A1 (en) * | 2011-11-09 | 2013-05-09 | National Cheng Kung University | Field-effect transistor with a dielectric layer having therein denatured albumen |
| US20130181191A1 (en) * | 2012-01-13 | 2013-07-18 | Jenn-Chang Hwang | Electronic devices including bio-polymeric material and method for manufacturing the same |
| US20170304815A1 (en) * | 2014-09-09 | 2017-10-26 | David John Vachon | Antimicrobial And Biological Active Polymer Composites And Related Methods, Materials and Devices |
| CN106017748A (zh) * | 2016-05-19 | 2016-10-12 | 北京印刷学院 | 基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器及其制备方法 |
| CN106840478A (zh) * | 2017-02-14 | 2017-06-13 | 南京工业大学 | 一种基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法 |
| CN108625160A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-10-09 | 东华大学 | 一种毛细效应协助的非共价组装的涂层及其制备方法 |
| CN110787661A (zh) * | 2018-08-01 | 2020-02-14 | 台鉅生技股份有限公司 | 聚合物-胶原蛋白复合膜及其制造方法 |
| CN109443609A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-03-08 | 陕西科技大学 | 一种基于皮胶原的高精度压阻传感器材料及其制备方法 |
| CN109813467A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-05-28 | 南方科技大学 | 一种压力传感器及其制备方法和用途 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 赵亚梅等: "1-正辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体对聚砜分离膜的结构控制及其作用机理", 《高分子学报》 * |
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