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一种可剪切的可穿戴应变 传感器及其制备方法

阅读：867发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种可剪切的可穿戴应变传感器及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种可剪切的可穿戴应变传感器及其制备方法，该传感器包括：一种可剪切的可穿戴应变传感器，所述可剪切的可穿戴应变传感器包括：柔性衬底和设置于所述柔性衬底上的柔性应变感应薄膜以及设置于柔性应变感应薄膜两端的导线。本发明的有益效果在于，本发明的穿戴应变传感器相对于其它传感器而言，具有快速大面积制备、成本低廉、产品性能好、操作简便、可剪切等特点，其可以穿戴在人体的皮肤表面，且可以固定在家具、建筑结构等物体上用于应变检测，在人体运动检测、智能医疗服务方面、结构安全监测等方面具有应用前景。，下面是一种可剪切的可穿戴应变传感器及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种可剪切的可穿戴应变传感器，其特征在于，所述可剪切的可穿戴应变传感器包括：柔性衬底和设置于所述柔性衬底上的柔性应变感应薄膜以及设置于柔性应变感应薄膜两端的导线。
2.根据权利要求的1所诉可剪切的可穿戴应变传感器，其特征在于，所述柔性衬底包括
800目、1000目、1200目、1500目、2000目、2500目、3000目、5000目、6000目、8000目、10000目、
12000目目数的砂纸。
3.根据权利要求1所诉的可剪切的可穿戴应变传感器，其特征在于，所述柔性应变感应薄膜为厚度20~60纳米的金纳米薄膜。
4.根据权利要求1所诉的可剪切的可穿戴应变传感器，其特征在于，所述导线采用导电银胶固定在所述柔性应变感应薄膜两端。
5.一种可剪切的可穿戴应变传感器方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
步骤1：通过直流溅射或者磁控溅射的方法在柔性衬底砂纸表面溅射一层柔性应变感应薄膜，所述柔性衬底为800目、1000目、1200目、1500目、2000目、2500目、3000目、5000目、
6000目、8000目、10000目、12000目等目数的砂纸，所述柔性应变感应薄膜为金纳米薄膜，所述金纳米薄膜厚度为20~60纳米；
步骤2：将柔性衬底剪切为适合尺寸；
步骤3：在柔性应变感应薄膜两端引出导线即形成可剪切的可穿戴应变传感器。

说明书全文

一种可剪切的可穿戴应变传感器及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及传感器领域，具体的说，涉及一种可剪切的可穿戴应变传感器及其制备方法。

背景技术

[0002] 可穿戴设备是一种可以安装在人、动物和物品上，并能感知、传递和处理信息的计算设备，传感器是可穿戴设备的核心器件。传感器具有可穿戴的性能，在智能交通、消费电子、医疗器械、智能家居、工业控制、航空军工等领域具有重要的应变前景。应变传感器是可以用于检测物体受到外界作用力或自身驱动变形所产生的一种传感器。随着科技的不断发展，人民物质条件的不断改善，对于可穿戴传感器的电子器件的需要越来越大。目前上市的可穿戴设备五花八门，从智能眼镜到智能手表，从智能服装到智能鞋子，从高尔夫手套到拳击手套，但都和传感器有着密切的联系。例如在消费电子领域，可穿戴的传感器可以方便的佩戴在人的手腕上进行肢体运动的监测；在智能家居领域，可穿戴的传感器可以通过监测家具的形变，来反馈物体是否处于理想的状态。

[0003] 传统应变传感器一般都是固定在硬质的基底上，不能满足可穿戴的条件的要求。为了实现应变传感器的可穿戴需求，该类器件需要具有柔性等特点。目前实现应变传感器的柔性特点可以通过材料的研究制备和器件的优化设计。柔性的可穿戴的应变传感器具有方便的灵活的持续的监测人体健康状态等方面的能力。相比较于硅基应变传感器或玻璃基底传感器，砂纸为应变传感器实现柔性可剪切提供了新的平台。新型传感器快速发展，在未来的机器人、人类延伸的“第六感”、健康与保健的监控等方面具有重要应用前景，同时电子器件优化设计还有待进一步发展，需要注意器件的性能、能耗、制备工艺、成本控制、形状可剪切等方面。

发明内容

[0004] 为解决上述问题，本发明提出一种可剪切、可穿戴、制备工艺简单而且周期短的应变传感器及其制备方法。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0006] 一种可剪切的可穿戴应变传感器，所述可剪切的可穿戴应变传感器包括：柔性衬底和设置于所述柔性衬底上的柔性应变感应薄膜以及设置于柔性应变感应薄膜两端的导线。

[0007] 进一步的，所述柔性衬底包括800目、1000目、1200目、1500目、2000目、2500目、3000目、5000目、6000目、8000目、10000目、12000目目数的砂纸。

[0008] 进一步的，所述柔性应变感应薄膜为厚度20～60纳米的金纳米薄膜。

[0009] 进一步的，所述导线采用导电银胶固定在所述柔性应变感应薄膜两端。

[0010] 一种可剪切的可穿戴应变传感器方法，所述方法具体包括以下步骤：

[0011] 步骤1：通过直流溅射或者磁控溅射的方法在柔性衬底砂纸表面溅射一层柔性应变感应薄膜，所述柔性衬底为800目、1000目、1200目、1500目、2000目、2500目、3000目、5000目、6000目、8000目、10000目、12000目等目数的砂纸，所述柔性应变感应薄膜为金纳米薄膜，所述金纳米薄膜厚度为20～60纳米；

[0012] 步骤2：将柔性衬底剪切为适合尺寸；

[0013] 步骤3：在柔性应变感应薄膜两端引出导线即形成可剪切的可穿戴应变传感器。

[0014] 本发明的有益效果在于，本发明的穿戴应变传感器相对于其它传感器而言，具有快速大面积制备、成本低廉、产品性能好、操作简便、可剪切等特点，其可以穿戴在人体的皮肤表面，且可以固定在家具、建筑结构等物体上用于应变检测，在人体运动检测、智能医疗服务方面、结构安全监测等方面具有应用前景。附图说明

[0015] 图1为本发明应变感应薄膜的电镜扫描图；

[0016] 图2为本发明传感器示意图。

具体实施方式

[0017] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

[0018] 相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

[0019] 如图1-2所示，一种可剪切的可穿戴应变传感器，所述应变传感器包括：柔性衬底1和设置于所述柔性衬底1上的柔性应变感应薄膜2以及设置于柔性应变感应薄膜2两端的导线3。

[0020] 所述柔性衬底1包括：800目、1000目、1200目、1500目、2000目、2500目、3000目、5000目、6000目、8000目、10000目、12000目等目数的砂纸，所述柔性应变感应薄膜2为厚度
20～60纳米的金纳米薄膜。所述导线3采用导电银胶固定在所述柔性应变感应薄膜2两端。
所述柔性衬底1和柔性应变感应薄膜2可以通过剪刀、小刀等裁剪工具进一步裁剪成不同尺寸的可穿戴应变传感器。所述砂纸表面设有颗粒因此具有表面微观起伏的形貌，其为传感器提供表面微观起伏的形貌，使得通过直流溅射或者磁控溅射的方法在砂纸表面溅射的金纳米薄膜能产生微裂纹，当传感器受到外界应变时，该微裂纹会发生变形，金纳米薄膜间的裂纹间距发生变化，产生微裂纹使得整个传感器的电阻发生变化，以此来感应外界应变。

[0021] 一种可剪切的可穿戴应变传感器方法，所述方法具体包括以下步骤：

[0022] 步骤1：通过直流溅射或者磁控溅射的方法在柔性衬底砂纸表面溅射一层柔性应变感应薄膜，所述柔性衬底为800目、1000目、1200目、1500目、2000目、2500目、3000目、5000目、6000目、8000目、10000目、12000目等目数的砂纸，所述柔性应变感应薄膜为金纳米薄膜，所述金纳米薄膜厚度为20～60纳米；

[0023] 步骤2：将柔性衬底剪切为适合尺寸；

[0024] 步骤3：在柔性应变感应薄膜两端引出导线即形成可剪切的可穿戴应变传感器。

[0025] 以下为本发明在生活中实际应用的实施例：

[0026] 实施例1：

[0027] 步骤1：在5.0厘米且宽度为4.0厘米的矩形状、目数为10000的砂纸表面上通过直流溅射的方法溅射50纳米厚的金纳米薄膜，所形成的金纳米薄膜微观形貌如图1所示。

[0028] 步骤2：用剪刀裁剪成长度为5.0厘米且宽度为3.0厘米的可剪切的可穿戴应变传感器。

[0029] 步骤3：将经步骤2得到的砂纸沿着长度方向的两端用银胶引出导线，得到可剪切的可穿戴应变传感器，其结构示意图如图2所示。

[0030] 得到的长度为5.0厘米且宽度为3.0厘米的可剪切的可穿戴应变传感器用双面胶固定在食指上，即可用于手指的弯曲检测，可以满足0-10赫兹的手指弯曲监测。

[0031] 实施例2：

[0032] 步骤1：在3.0厘米且宽度为1.0厘米的矩形状、目数为1500的砂纸表面上通过直流溅射的方法溅射30纳米厚的金纳米薄膜。

[0033] 步骤2：用剪刀裁剪成长度为3.0厘米且宽度为0.5厘米的可剪切的可穿戴应变传感器。

[0034] 步骤3：将经步骤2得到的砂纸沿着长度方向的两端用银胶引出导线，得到可剪切的可穿戴应变传感器。

[0035] 得到的长度为3.0厘米且宽度为0.5厘米的可剪切的可穿戴应变传感器用双面胶固定在门缝处，即可用于门的开合角度检测，所检测的开合角度为-179到179度之间。

[0036] 实施例3：

[0037] 步骤1：在2.0厘米且宽度为0.5厘米的矩形状、目数为2000的砂纸表面上通过磁控溅射的方法溅射45纳米厚的金纳米薄膜。

[0038] 步骤2：用剪刀裁剪成长度为2.0厘米且宽度为0.25厘米的可剪切的可穿戴应变传感器。

[0039] 步骤3：将经步骤2得到的砂纸沿着长度方向的两端用银胶引出导线，得到可剪切的可穿戴应变传感器。

[0040] 得到的长度为2.0厘米且宽度为0.25厘米的可剪切的可穿戴应变传感器用双面胶固定在手臂皮肤上，即可用于检测手臂肌肉的活动，可以满足0-20赫兹的肌肉运动监测。

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