[发明专利]柔性可穿戴传感器及其相应的可穿戴设备以及制备方法

说明书

本发明提供了一种尺寸小巧、柔性程度高且输出能力高的柔性可穿戴传感器以及相应的可穿戴设备和制备方法，其中的柔性可穿戴传感器，包括：依次设置的第一电极层、压电层、第二电极层、间隔层、摩擦层以及第三电极层，压电层中含有至少由压电材料与硅橡胶组成的柔性混合材料，且该压电层经过极化处理能产生压电信号，摩擦层中含有至少由硅橡胶组成的柔性混合材料，压电层的内表面和摩擦层的内表面相对应的区域上都形成有由多个凸起结构阵列排布而成的凸起部分，且该两个内表面相对设置，第一电极层和第二电极层分别覆盖在压电层的外表面和内表面上，间隔层具有与压电层的内表面上的凸起部分对应的中空部分，第三电极层覆盖在摩擦层的外表面上。

技术领域

本发明涉及一种柔性可穿戴传感器柔性可穿戴传感器及其相应的可穿戴设备以及制备方法，特别是涉及一种尺寸小巧、柔性程度高且输出能力高的柔性可穿戴传感器以及相应的可穿戴设备和制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，融合了通信技术、交互技术等能够进行信息采集与传输的可穿戴电子产品和人造电子皮肤越来越受到人们的关注，能够监测人体的运动、各项生理指标等。

为此，目前，上述电子产品中的柔性传感器中常用的力电耦合机理有摩擦电式、压电式、压阻式以及电容式。压阻式和电容式的传感器由于需要外部电源供能，从而限制了传感器与人体的贴合进而影响了稳定性。

因此，自供电传感器这种不需要外部电源供电，自身就能够产生电学激励信号的传感器件，为有效解决刚性电池困扰的途径之一。

然而，目前的这类传感器，柔性或者采集灵敏度等方面还存在一定的缺陷。

比如，测量压力的可穿戴设备大多采用小型光学电路或者力电敏感元件加橡胶腕带的形式。专利【CN103582451A】采用光学方法测量脉搏信号，但是无法直接测量脉搏跳动的压力信号。专利【CN203619542U】所设计基于压电效应的脉搏传感器虽然在厚度上取得了明显的减小，但是整体器件的厚度仍然较大并且并非完全柔性化。专利【CN107994803A】和【CN205195598U】等设计的器件虽然利用摩擦电压电效应，但是其结构尺寸大并且应用方向为纳米发电机。专利【CN103107737】设计压电摩擦复合纳米发电机结构上与本发明类似，但是其结构设计复杂并无法检测微弱压力，只适合作为力电转换装置。

总体来说，这些传感器具有尺寸大、无法完全柔性化、输出能力低等缺陷，而使得无法更好应用在柔性穿戴设备，特别是在医学传感系统领域，由于输出能力低，灵敏度不够，对于脉搏等这些轻微的跳动，无法感知。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种尺寸小巧、柔性程度高且输出能力高的柔性可穿戴传感器以及相应的可穿戴设备和制备方法。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供了一种柔性可穿戴传感器，其特征在于，包括：依次设置的第一电极层、压电层、第二电极层、间隔层、摩擦层以及第三电极层，其中，压电层中含有至少由压电材料与硅橡胶组成的柔性混合材料，且该压电层经过极化处理能产生压电信号，摩擦层中含有至少由硅橡胶组成的柔性混合材料，间隔层采用柔性材料制备而成，压电层的内表面和摩擦层的内表面相对应的区域上都形成有由多个凸起结构阵列排布而成的凸起部分，且该两个内表面相对设置，第一电极层和第二电极层分别覆盖在压电层的外表面和内表面上，间隔层具有与压电层的内表面上的凸起部分对应的中空部分，第三电极层覆盖在摩擦层的外表面上。

本发明提供的柔性可穿戴传感器，还具有这样的特征，其中，摩擦层中含有的柔性混合材料的硅橡胶中还均匀混合有颗粒或纤维物质。

本发明提供的柔性可穿戴传感器，还具有这样的特征，其中，凸起结构为金字塔结构、立方体结构、条状结构、锥台结构以及球状结构中的任意一种。