【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于柔性传感器，尤其涉及一种仿人体皮肤的柔性压力传感器、制备方法及系统。
技术介绍
1、近年来，仿人体皮肤的柔性传感器受到了广泛关注。这类传感器通过将生理信号转换为电子信号来模拟人体皮肤的感知机制，并在心血管健康监测、神经系统信号检测以及人体肌肉运动跟踪等方面起着重要应用。随着柔性电子技术的快速发展，对这类柔性传感材料的要求也逐渐提高。仿人体皮肤的柔性传感器除了具备模仿人体皮肤组织的形变性能，还需要建立信息传输网络，与外部环境进行智能交互，并感知多种刺激信号。目前报道的大多数柔性压力传感器主要有电阻式、压电式以及摩擦电式。压电式和摩擦电式压力传感器存在无法检测动态负载的缺点，而电阻式压力传感器容易受到外界环境温度或湿度变化的影响。因此，开发出不受温度及湿度影响、低功耗、低检测限、高线性度、高稳定性、应用范围广的柔性压力传感器，具有重要现实意义。
2、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的电阻式柔性压力传感器容易受到温度及湿度影响，且采集到的信号缺乏线性度；而压电式和摩擦电式压力传感器无法检测动态负载，这些缺点限制了电阻式、压电式以及摩擦电式压力传感器在柔性可穿戴电子领域的应用和推广。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种仿人体皮肤的柔性压力传感器、制备方法及系统。
2、本专利技术是这样实现的，一种仿人体皮肤的柔性压力传感器的制备方法，所述仿人体皮肤的柔性压力传感器的制备方法包括以下步骤：
3、步骤一，
4、步骤二，通过静电纺丝技术对聚酰胺酸溶液进行电纺，得到纳米纤维薄膜；然后在马弗炉中对纳米纤维薄膜进行亚胺化处理，得到聚酰亚胺纤维薄膜；
5、步骤三，在得到的聚酰亚胺薄膜表面喷涂碳纳米管电极，并将其切成一定尺寸的方形薄膜，铜线与银胶连接在纳米纤维薄膜的两面，然后将纤维薄膜包埋在ecoflex中。
6、进一步地，所述步骤一中的3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐与4,4’二氨基二苯醚的摩尔比为1.02:1。
7、进一步地，所述步骤一中的反应在氮气氛围中进行。
8、进一步地，所述步骤二中的高压电源电压为20kv，电纺流速为0.3ml/h，针头收集装置距离为20cm，电纺过程需控制环境湿度低于50％；亚胺化温度为300℃。
9、进一步地，所述步骤三中切割纳米纤维薄膜得到的方形薄膜尺寸为1*1cm2。
10、进一步地，所述步骤三中ecoflex的包埋厚度为1mm。
11、本专利技术的另一目的在于提供一种如仿人体皮肤的柔性压力传感器，其特征在于，所述仿人体皮肤的柔性压力传感器利用所述的仿人体皮肤的柔性压力传感器的制备方法制备而成。
12、本专利技术的另一目的在于提供一种电子皮肤，所述电子皮肤包括所述的仿人体皮肤的柔性压力传感器。
13、本专利技术的另一目的在于提供一种气压检测系统，所述气压检测系统包括所述的仿人体皮肤的柔性压力传感器。
14、本专利技术的另一目的在于提供一种健康监测系统，所述健康监测系统包括所述的仿人体皮肤的柔性压力传感器。
15、本专利技术还提供了一种仿人体皮肤的柔性压力传感器系统，包括：
16、应力感知模块，用于感知外界应力刺激；
17、信号采集模块，用于采集器件电容变化值；
18、分析模块，用于将电学信号转化为对应的力学值；
19、显示模块，用于将力学信号以可视化的形式进行展示；
20、所述应力感知模块和信号采集模块采用先进的力学分析技术，精确识别仿人体皮肤所受到的外界应力大小，实现人体的触觉功能。
21、所述分析模块和显示模块结合应力感知模块和信号采集模块提供的数据，进行全面的外界应力大小及范围评估，并通过显示模块向用户提供直观的分析结果，从而为仿人体皮肤开发提供科学依据和决策支持。
22、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
23、第一，本专利技术的制备方法设计简洁、结构巧妙、工艺简单，通过静电纺丝技术得到聚酰亚胺纳米纤维，利用纤维薄膜良好的可压缩性能，制备得到的传感器具有较高的应力感知特性。聚酰亚胺原料来源丰富、制备快速，易于工业放大；本专利技术方案所用原材料成本低，易于获得，适用于大规模推广应用。
24、本专利技术制备的柔性压力传感器在检测过程中具有高稳定性、高线性度、低功耗、低检测限，对动态负载有较为灵敏的感知，同时也具备避免受到温度及湿度影响的能力。
25、第二，本专利技术的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：本专利技术可以实现仿人体皮肤的柔性压力传感器的快速制备，既能对动态负载有较为灵敏的感知，同时也具备避免受到温度及湿度影响的功能，方案工艺简单、结构巧妙，易于工业放大，具有一定的商业价值。
26、本专利技术的技术方案填补了国内外业内技术空白：传统的压力传感器通常为刚性的，不具备可弯曲和可压缩特性，这极大的限制了这类传感器在柔性可穿戴电子领域的发展和应用，尤其是生物医学或体内电生理信号监测。当前，柔性压力传感器主要集中在电阻式、压电式以及摩擦电式压力传感器，而对电容式柔性传感器的研究较少，本专利技术以纳米纤维薄膜为电介质层，将具有一定介电常数的聚酰亚胺有机纳米纤维应用到柔性电子领域，促进了纤维传感技术的发展。
27、本专利技术的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：当前，柔性压力传感器多以电阻或电压的变化为传感机制，但电阻式柔性压力传感器易受到温度及湿度影响，且采集到的信号缺乏线性度；而压电式和摩擦电式压力传感器无法检测动态负载。我们通过静电纺丝技术，设计得到具有可压缩特性的聚酰亚胺纳米纤维薄膜，并将其作为电容式压力传感器的电介质层，所制得的柔性压力传感器不仅采集到的信号具有高线性度、不受温度湿度影响，且可以随意检测动态负载，在柔性电子领域具有极高的应用价值。
28、本专利技术的技术方案克服了技术偏见：通过本专利技术制备得到的柔性压力传感器，在具有高线性度、不受温度湿度影响的同时，还具备对动态负载检测的特点，同时，本专利技术设计简洁、结构巧妙、工艺简单，且原料来源丰富、成本较低、制备快速，易于工业放大。
29、第三，本专利技术的仿人体皮肤的柔性压力传感器的制备方法，所取得的显著技术进步包括：
30、1)高精度的材料合成：采用特定摩尔比的3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐与4,4’二氨基二苯醚，确保了聚酰胺酸溶液的合成质量和性能，为制造高性能的柔性压力传感器奠定了基础。
31、2)纳米纤维薄膜的优化制备：通过静电纺丝技术和精确控制的条件(如电压、流速、距离和环境湿度)得到均匀且连续的纳米纤维薄膜，这是制造高性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种仿人体皮肤的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，苯醚溶解在7ml N,N’-二甲基乙酰胺中,再分四次加入一定摩尔比的3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐,搅拌4h至得到淡黄色粘稠的聚酰胺酸溶液；
2.如权利要求1所述的仿人体皮肤的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐与4,4’二氨基二苯醚的摩尔比为1.02:1。
3.如权利要求1所述的仿人体皮肤的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的反应在氮气氛围中进行。
4.如权利要求1所述的仿人体皮肤的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的高压电源电压为20KV，电纺流速为0.3mL/h，针头收集装置距离为20cm，电纺过程需控制环境湿度低于50％；亚胺化温度为300℃。
5.如权利要求1所述的仿人体皮肤的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤三中切割纳米纤维薄膜得到的方形薄膜尺寸为1*1cm2。
6.如权利要求1所述的仿人体皮肤的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤三中Ecofl
7.一种如仿人体皮肤的柔性压力传感器，其特征在于，所述仿人体皮肤的柔性压力传感器利用如权利要求1～6任意一项所述的仿人体皮肤的柔性压力传感器的制备方法制备而成。
8.一种基于权利要求1所述方法的仿人体皮肤的柔性压力传感器系统，其特征在于，包括：
9.如权利要求8所述的仿人体皮肤的柔性压力传感器系统，其特征在于，所述应力感知模块和信号采集模块采用先进的力学分析技术，精确识别仿人体皮肤所受到的外界应力大小，实现人体皮肤的触觉功能。
10.如权利要求9所述的仿人体皮肤的柔性压力传感器系统，其特征在于，所述分析模块和显示模块结合应力感知模块和信号采集模块提供的数据，进行全面的外界应力大小及范围评估，并通过显示模块向用户提供直观的分析结果，从而为仿人体皮肤开发提供科学依据和决策支持。
...【技术特征摘要】
1.一种仿人体皮肤的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，苯醚溶解在7ml n,n’-二甲基乙酰胺中,再分四次加入一定摩尔比的3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐,搅拌4h至得到淡黄色粘稠的聚酰胺酸溶液；
2.如权利要求1所述的仿人体皮肤的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐与4,4’二氨基二苯醚的摩尔比为1.02:1。
3.如权利要求1所述的仿人体皮肤的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的反应在氮气氛围中进行。
4.如权利要求1所述的仿人体皮肤的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的高压电源电压为20kv，电纺流速为0.3ml/h，针头收集装置距离为20cm，电纺过程需控制环境湿度低于50％；亚胺化温度为300℃。
5.如权利要求1所述的仿人体皮肤的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤三中切割纳米纤维薄膜得到的方形薄膜尺寸为1*...
【专利技术属性】
技术研发人员：毕鹏，吴施，林媛，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院衢州，
类型：发明
国别省市：
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