[发明专利]一种测量面内弯曲的柔性传感器

说明书

本发明公开了一种测量面内弯曲的柔性传感器。所述性传感器包括由下至上依次设置的基底层、响应层和封装层；响应层为设于基底层上的导电层；导电层由一维导电纳米材料形成；响应层设置于基底层上沿长度或宽度方向的对称轴的一侧；导电层连接两个电极；基底层和封装层由高分子弹性体形成。本发明柔性传感器中，基底层和封装层由高分子弹性材料制成，具有良好的弹性和柔性，可以适应在运动检测过程中人体进行变形；另外，采用高分子弹性材料的传感器得益于其基材特性，在服役过程中传感器与人体贴合紧密灵活度高，使用者在使用过程中将会获得舒适的佩戴体验，同时材料化学性质稳定，抗水抗汗以及耐受一定程度的高温，使用过程中不会对人体产生损伤人体的副作用。

技术领域

本发明涉及一种测量面内弯曲的柔性传感器，属于柔性电子技术领域。

背景技术

人机交互作为正在逐渐发展的科学技术之一，近些年受到了十分广泛的关注。在人机交互的过程中对于人体的运动检测显得尤为重要，传统的金属应变传感器却相对较为笨重，检测范围小，且刚性不够灵活，无法满足在人机交互过程中对人体进行复杂运动的监测。

以高分子弹性材料为基底的柔性传感器在人体运动检测中明显有着更大的潜力。目前，已有能够满足人体运动中高拉伸形变的传感器被开发出来，但在实践中，当前柔性传感器却普遍存在着仅能进行单轴拉伸运动检测的缺陷，这是因为均匀同性的传感材料在不同方向的拉伸时都有着相同的形变，因此无法检测不同方向的拉伸变形。在人体运动中除拉伸变形之外，关节处的弯曲同样常见，但仅能测量面内单轴拉伸的传感器对于检测多维度的变形则显得更为乏力。

目前，通过制备各向异性结构以增加传感器多维度的检测能力是研究者们普遍认可的设计思路。具有各项异性微结构基底或敏感层的传感器在单轴拉伸检测的基础上实现了不同方向的拉伸检测。同样的，引入定向微裂纹以及将定向的纤维层堆叠制备传感层的做法在相关研究中同样被证明可以提高柔性传感器的多维度检测能力。但是，当前的研究仅单独聚焦于提升多轴拉伸性能以及面外弯曲的检测上，对于平面面内的侧向弯曲却缺乏监测能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量面内弯曲的柔性传感器，能够检测面内弯曲的运动情况。

本发明提供的测量面内弯曲的柔性传感器，包括由下至上依次设置的基底层、响应层和封装层，即三明治结构；

所述响应层为设于所述基底层上的导电层；

所述导电层由一维导电纳米材料形成；

所述响应层设置于所述基底层上沿长度或宽度方向的对称轴的一侧，即沿对称轴非对称布置；

所述导电层连接两个电极；

所述基底层和所述封装层由高分子弹性体形成。

上述的柔性传感器中，所述一维导电纳米材料为碳纳米管或金属纳米线；

所述金属纳米线可为金纳米线、银纳米线、铝纳米线、镍纳米线或它们的合金纳米线等。

上述的柔性传感器中，所述一维导电纳米材料的分布是无序或有序的。

上述的柔性传感器中，所述高分子弹性体可为聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚酯和聚萘二甲酯乙二醇酯等中的至少一种。

上述的柔性传感器中，所述电极的材质为铜导线、银导线或金导线。

上述的柔性传感器中，所述基底层的厚度为1μm～1mm；

所述封装层的厚度为1μm～1mm；

所述响应层中，所述一维导电纳米材料的密度为0.01mg/cm³～20mg/cm³，长度为20nm～200μm，直径为5nm～500nm。

本发明柔性传感器可按照下述步骤制备：