一种基于表面失稳的生物质仿生微结构柔性压力传感器.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116007800A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202211629442.3(22)申请日2022.12.16(71)申请人福建农林大学地址350000福建省福州市仓山区上下店路15号(72)发明人吴淑一陈婕庞杰邱仁辉杨晓仪夏晓露(74)专利代理机构厦门原创专利事务所(普通合伙)35101专利代理师吴廷正(51)Int.Cl.G01L1/22(2006.01)B01J13/00(2006.01)G01L9/04(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种基于表面失稳的生物质仿生微结构柔性压力传感器(57)摘要本发明公开了一种基于表面失稳的生物质仿生微结构柔性压力传感器，其包括两层压力传感层，压力传感层包括水凝胶基质层和设置在水凝胶基质层一表面的导电材料；其中，水凝胶基质层设有导电材料的表面形成有凹凸起伏的生物质仿生微结构，两层压力传感层具有生物质仿生微结构(褶皱微结构)的表面相对贴合，该褶皱微结构基于表面失稳原理形成，它降低了受压时的接触电阻，提高了电阻变化率；另外，沉积在表面的导电材料提高了器件的导电性，提升了器件对于微小压力的传感性能，本方案柔性传感器不仅灵敏度高，还具有可通过生物质材料构建、绿色环保、价格低廉、装置简单、使用寿命长等优点，其具有广阔的应用前景。CN116007800ACN116007800A权利要求书1/1页1.一种基于表面失稳的生物质仿生微结构柔性压力传感器，其特征在于，其包括两层压力传感层，所述压力传感层包括水凝胶基质层和设置在水凝胶基质层一表面的导电材料；其中，水凝胶基质层设有导电材料的表面形成有凹凸起伏的生物质仿生微结构；另外，两层压力传感层具有生物质仿生微结构的表面相对贴合。2.如权利要求1所述的基于表面失稳的生物质仿生微结构柔性压力传感器，其特征在于，两层所述压力传感层的生物质仿生微结构为凹凸相互适应互补的仿生镶嵌结构。3.如权利要求1所述的基于表面失稳的生物质仿生微结构柔性压力传感器，其特征在于，两层所述压力传感层的生物质仿生微结构为通过化学或物理方法形成凹凸起伏的褶皱结构。4.如权利要求1所述的基于表面失稳的生物质仿生微结构柔性压力传感器，其特征在于，所述导电材料为MXene、石墨烯或氧化石墨烯。5.如权利要求1所述的基于表面失稳的生物质仿生微结构柔性压力传感器，其特征在于，所述水凝胶基质层的厚度为3～5mm。6.基于表面失稳的生物质仿生微结构柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，其包括：将预设量的魔芋葡甘聚糖精粉、K型卡拉胶精粉溶于水中，再加入KCl混合制成溶胶，继而将溶胶倒入模型中冷却成型制得水凝胶，再将水凝胶以预设曲率半径弯曲浸没于预设浓度的乙醇溶液中浸泡预设时长，浸泡完成后，取出松弛放置，使水凝胶一表面形成具有凹凸起伏的生物质仿生微结构，然后在水凝胶具有生物质仿生微结构的表面上施加导电材料，制得压力传感层，再取两层制得的压力传感层进行相对配合设置，使其具有生物质仿生微结构的表面相对贴合，制得柔性压力传感器。7.根据权利要求6所述的基于表面失稳的生物质仿生微结构柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，魔芋葡甘聚糖精粉、K型卡拉胶精粉、KCl的添加份数比为1～2∶1～2∶0.1～0.3。8.根据权利要求6所述的基于表面失稳的生物质仿生微结构柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，魔芋葡甘聚糖精粉、K型卡拉胶精粉在60～80℃条件下搅拌溶于去离子水中，所述乙醇溶液的质量浓度为95％，所述导电材料为MXene，其浓度为10mg/ml。9.根据权利要求6所述的基于表面失稳的生物质仿生微结构柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述水凝胶的厚度为3～5mm；所述水凝胶以5～13.5mm的预设曲率半径弯曲浸没于预设浓度的乙醇溶液中，且浸没时长为1～5min。10.根据权利要求6所述的基于表面失稳的生物质仿生微结构柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述导电材料为MXene、石墨烯或氧化石墨烯。2CN116007800A说明书1/4页一种基于表面失稳的生物质仿生微结构柔性压力传感器技术领域[0001]本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种基于表面失稳的生物质仿生微结构柔性压力传感器。背景技术[0002]近年来，柔性压敏传感器被广泛应用于软电子皮肤、机器人系统、人体健康监测等领域。压力传感器可以将外界压力引起的变形转换成电阻变化或其他信号形式。根据转换电信号的类型，传感器可分为压阻式传感器、压电式传感器、电容式传感器和摩擦式传感器。其中，压阻式传感器以其制备简单、分析机理简单、信号处理简单等优点得到了广泛的研究。虽然压阻式传感器已经得到了深入的研究，但对压力的传感性能还有待提高。[0003