[发明专利]一种基于面料的柔性控制系统及方法

说明书

本发明特别涉及一种基于面料的柔性控制系统。其包括柔性传感器，以及控制器，控制器与具有显示器的显示装置信号连接，面料包括柔性基材，石墨烯膜层，石墨烯导电浆料是由石墨烯溶液和水溶性聚氨酯溶液按一定比例共混后制备得到，石墨烯导电浆料为石墨烯/聚氨酯有效含量之比为1％‑6％的溶液；柔性传感器检测到作用于面料上的压力或拉伸力的检测信号后将检测信号发送至控制器，控制器接收到检测信号后进行计算，并将计算得到的所需数据发送至显示装置。还包括一种基于面料的柔性控制方法。本发明的控制系统可应用于人体生理活动监测领域，特别是应用在监测病人、儿童及老年人的日常生理活动；且可靠性高，实时响应性好，监测精准度高。

技术领域

本发明涉及柔性人体生理活动监测技术领域，特别涉及一种基于面料的柔性控制系统及方法。

背景技术

近年来，随着移动互联网和智能终端的快速发展，可穿戴电子设备呈现出巨大的市场前景。而作为可穿戴电子设备核心部件之一的柔性可穿戴电子传感器以其装置的宽量程灵敏度、响应时间、便携性、使用舒适性和多功能集成等特点已经成为人们关注的热点，激发了国内外研究人员对柔性可穿戴电子传感器的研究和开发。

柔性可穿戴传感器是对于一类可以被直接穿戴或整合于衣物并感应和检测各种人体生理活动的传感器的统称，其在人机交互、智能机器人、语音识别、个人健康监测和运动感应方面有着广泛的应用。传统的应变传感器，主要基于一些刚性材料，如金属箔和半导体，其可拉伸性很差(＜5％)且不可穿戴。为实现传感器的柔性可穿戴化，本领域技术人员尝试将一些兼具柔性和导电性的纳米材料应用于柔性可穿戴传感器的构筑，如石墨烯、金属纳米线、碳纳米管。尽管这些研究初步实现了传感器的柔性化和可穿戴化，但仍然存在两个未解决的基本问题：一是，现有的可穿戴传感器的应变灵敏度比较低，应变感应范围小，不适用于监测人体轻微的脉搏等对传感器灵敏度要求高、应变感应范围大的人体活动的监测。

众所周知，石墨烯是由碳原子六角结构紧密堆积而成的二维材料，只有一个碳原子厚度的二维晶体，拥有稳定的六元环结构。石墨烯具有完美的大π共轭体系和最薄的单层原子厚度的结构，这使得石墨烯拥有非常优异和独特的光、电、磁、机械等物理性能和化学性质。它是人类已知重量最轻、韧性最好、透光率最高、导电性能最佳的材料，因出众的性能而被广泛应用。基于上述特性，石墨烯可应用于可穿戴传感器的制备。

然而，石墨烯粉末在制备导电浆料过程中存在分散不均匀问题，使得浆料中石墨烯出现团聚的现象，从而导致导电性能、以及热响应性能低。本领域技术人员为解决分散性问题，对石墨烯进行氧化形成氧化石墨烯，并且采用大量表面活性剂和分散剂来帮助石墨烯粉末的均匀分散。但是，对于导电浆料而言，表面活性剂和分散剂本身不参与导电，这会影响电子器件在使用过程中的电学性能和稳定性。

由于石墨烯是由碳六元环组成的两维(2D)周期蜂窝状点阵结构，导致了石墨烯对无水乙醇溶液具有排斥作用，造成石墨烯在无水乙醇溶液中分散性较差，这样的情况使得一方面很难将石墨烯均匀的涂覆在无纺布等织物上，另一方面即使附上之后因为较差的粘附性也很容易使石墨烯涂层掉落，从而使得导电性、耐水洗性、以及热响应性相对较差。