[发明专利]一种柔性可穿戴设备及其制备方法

说明书

一种柔性可穿戴设备及其制备方法，该柔性可穿戴设备包括聚酰亚胺薄膜基底、聚合物弹性体、敏感导电材料和柔性处理电路，敏感导电材料设在聚合物弹性体中并暴露于聚合物弹性体的表面，聚酰亚胺薄膜基底层叠在聚合物弹性体上，聚酰亚胺薄膜设置有开口区域，敏感导电材料通过开口区域向外暴露，并在敏感导电材料基础上形成基于聚酰亚胺薄膜基底的柔性应变传感器，柔性处理电路包括贴装到聚酰亚胺薄膜基底的表面上的芯片，柔性应变传感器与柔性处理电路相连。柔性传感器和柔性电路板一体化的该柔性可穿戴设备能够显著地降低可穿戴设备的复杂性，有利于小型化，扩大应用范围，增加适用性和灵活性，改善用户佩戴的舒适度，及降低产品成本。

技术领域

本发明涉及一种柔性可穿戴设备及其制备方法。

背景技术

近年来，对可穿戴设备的需求不断增长，全球可穿戴市场的出货量的增长已证明这一点，2019年预计将达到2.229亿台，这一数据将在2023年增长至3.023亿台，5年内复合增长率7.9％。与此同时，人们更加注重自己的生理健康状况。因此，需要可穿戴医疗设备，用于改善家庭护理，该设备是为患有已知健康问题的患者量身定制的，可以从常规甚至连续监测中受益。

常规基于硅的设备笨重和刚性性质可能会阻碍其在表皮和可植入医疗传感中的应用。为了提升使用者的佩戴舒适度，柔性材料(例如塑料和弹性体基材)被用于制备可穿戴设备，其本质上是保形的，轻巧的，因此可与人体皮肤和软组织的更好的共形接触。然而，大多数柔性传感器缺乏现场电路。它们需要与外部电化学工作站或分析仪进行有线连接以进行信号采集和处理，这极大地增加了系统的复杂性和可穿戴应用的局限性。同时，对于将传感器与集成电路结合在一起的测试系统，采用板载电池供电是必不可少的。但是，像锂离子电池这样的刚性电池在很大程度上限制了可穿戴设备的小型化，并且不能满足柔性设计的要求。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述技术缺陷中的至少一种，提供一种柔性可穿戴设备及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种柔性可穿戴设备，包括聚酰亚胺薄膜基底、聚合物弹性体、敏感导电材料和柔性处理电路，所述敏感导电材料设在所述聚合物弹性体中并暴露于所述聚合物弹性体的表面，所述聚酰亚胺薄膜基底层叠在所述聚合物弹性体上，所述聚酰亚胺薄膜设置有开口区域，所述敏感导电材料通过所述开口区域向外暴露，并在所述敏感导电材料基础上形成基于所述聚酰亚胺薄膜基底的柔性应变传感器，所述柔性处理电路包括贴装到所述聚酰亚胺薄膜基底的表面上的芯片，所述柔性应变传感器与所述柔性处理电路相连。

进一步地：

所述柔性应变传感器为所述敏感导电材料和聚合物弹性体的复合物。

所述敏感导电材料为多孔石墨烯、碳纳米管或银纳米线。

所述聚合物弹性体为聚二甲基硅氧烷PDMS、生物降解塑料Ecoflex或氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SEBS。

所述柔性应变传感器为电阻式应变传感器。

所述电阻式应变传感器的厚度为50-150μm，所述聚酰亚胺薄膜基底的厚度为25μm。