柔性传感膜及其制备方法、可穿戴设备和识别方法

本公开涉及柔性传感膜，具体涉及一种柔性传感膜及其制备方法、可穿戴设备和识别方法。

背景技术：

1、可穿戴设备是一类可供人体直接佩带或整合在用户服装配饰中的便携式设备。可穿戴设备中涉及柔性传感膜，柔性传感膜具有柔性使得其可以与人体皮肤模量适配，以满足用户穿戴需求。相关技术中的柔性传感膜采用硅胶材质制备，使得柔性传感膜透气透湿性不佳，用户难以长时间佩戴使用柔性传感膜，限制柔性传感膜的使用。

技术实现思路

1、本申请提出一种柔性传感膜及其制备方法、可穿戴设备和识别方法，该柔性传感膜具有良好的透气透湿性，适宜用户长时间佩戴使用。

2、第一方面，提供一种柔性传感膜，包括：

3、传感层，用于与待测材料接触并产生摩擦电信号，传感层包括传感纳米纤维，传感纳米纤维相互交叠形成多个第一孔隙；

4、传导层，设置于传感层的一侧并用于传输摩擦电信号，传导层包括纳米纤维支架和导电层，纳米纤维支架具有多个第二孔隙，导电层承载在纳米纤维支架上并与传感层连接，至少部分第一孔隙与至少部分第二孔隙连通。

5、在一些实施例中，所述传感纳米纤维的材料满足以下至少一项：

6、1)在摩擦电序列中，所述传感纳米纤维的材料位于所述纳米纤维支架的材料靠近负电性的一侧；

7、2)在摩擦电序列中，所述传感纳米纤维的材料位于所述纳米纤维支架的材料靠近正电性的一侧。

8、在一些实施例中，传感纳米纤维为含卤素原子基团的高分子纳米纤维、含羟基基团的高分子纳米纤维、或含氨基基团的高分子纳米纤维中的至少一种。

9、在一些实施例中，柔性传感膜还包括：

10、封装层，设置于导电层背离传感层的一侧，封装层包括绝缘纳米纤维，绝缘纳米纤维相互交叠形成多个第三孔隙，至少部分第一孔隙、至少部分第二孔隙和至少部分第三孔隙连通。

11、第二方面，本申请实施例还提供一种柔性传感膜的制备方法，包括：

12、提供第一纳米纤维纺丝液，基于静电纺丝技术将第一纳米纤维纺丝液制备为传感纳米纤维，传感纳米纤维相互交叠形成多个第一孔隙，制备得到用于与待测材料接触并产生摩擦电信号的传感层；

13、提供第二纳米纤维纺丝液，基于静电纺丝技术将第二纳米纤维纺丝液制备为纳米纤维支架，纳米纤维支架具有多个第二孔隙；

14、提供导电材料，在纳米纤维上设置导电材料，制备得到传导层，导电材料在承载在纳米纤维支架上形成导电层；

15、将传感层和传导层层叠设置，以使导电层与传感层连接，至少部分第一孔隙与至少部分第二孔隙连通。

16、在一些实施例中，在摩擦电序列中，所述第一纳米纤维纺丝液包括第一溶质和第一溶剂，所述第二纳米纤维纺丝液包括第二溶质和第二溶剂，在摩擦电序列中，所述第一溶质位于所述第二溶质靠近负电性的一侧或靠近正电性的一侧。

17、在一些实施例中，制备方法还包括：

18、提供第三纳米纤维纺丝液，基于静电纺丝技术将第三纳米纤维纺丝液制备为封装层，封装层包括绝缘纳米纤维，绝缘纳米纤维相互交叠形成多个第三孔隙；

19、将传感层和传导层层叠设置，包括：

20、将传感层、传导层和封装层依次层叠压合，以使导电层与传感层连接，至少部分第一孔隙、至少部分第二孔隙和至少部分第三孔隙连通。

21、第三方面，本申请实施例还提供一种可穿戴设备，包括：

22、如第一方面提供的柔性传感膜，或如第二方面提供的柔性传感膜的制备方法制备的柔性传感膜；

23、数据处理模块，与柔性传感膜电连接，数据处理模块用于根据柔性传感膜产生的摩擦电信号生成分析结果。

24、在一些实施例中，柔性传感膜的数量为多个，多个柔性传感膜的传感纳米纤维在摩擦电序列中的相对位置不相同；

25、数据处理模块分别与多个柔性传感膜电连接，数据处理模块用于根据多个柔性传感膜产生的摩擦电信号生成分析结果。

26、第四方面，本申请实施例还提供一种材料识别方法，应用关于如第三方面提供的可穿戴设备，材料识别方法包括：

27、在柔性传感膜与待测材料接触的情况下，柔性传感膜生成摩擦电信号，摩擦电信号具有至少一个特征波；

28、根据特征波的持续时长和电参数变化值计算电荷转移量；

29、确定预设映射关系，确定与电荷转移量对应的第一材料，识别所述待测材料为所述第一材料。

30、本申请提供的柔性传感膜及其制备方法、可穿戴设备和识别方法中，通过采用传感纳米纤维形成具有多个第一孔隙的传感层、通过设置纳米纤维支架形成具有多个第二孔隙的传导层，使得柔性传感膜具有高透湿率，用户佩戴使用舒适性；通过设置传感层用于与待测材料接触并产生摩擦电信号，传导层用于传输摩擦电信号，使得柔性传感膜具有精准的传感识别能力；通过设置传感层和传导层为微米级厚度，使得柔性传感膜的整体厚度薄，对用户本身触感影响小，不干扰用户皮肤的触觉。

技术特征：

1.一种柔性传感膜，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述柔性传感膜，其特征在于，所述传感纳米纤维的材料满足以下至少一项：

3.如权利要求1所述柔性传感膜，其特征在于，所述传感纳米纤维为含卤素原子基团的高分子纳米纤维、含羟基基团的高分子纳米纤维、或含氨基基团的高分子纳米纤维中的至少一种。

4.如权利要求1所述柔性传感膜，其特征在于，所述柔性传感膜还包括：

5.一种柔性传感膜的制备方法，其特征在于，包括：

6.如权利要求5所述的柔性传感膜的制备方法，其特征在于，所述第一纳米纤维纺丝液包括第一溶质和第一溶剂，所述第二纳米纤维纺丝液包括第二溶质和第二溶剂，在摩擦电序列中，所述第一溶质位于所述第二溶质靠近负电性的一侧或靠近正电性的一侧。

7.如权利要求5所述的柔性传感膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：

8.一种可穿戴设备，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的可穿戴设备，其特征在于，所述柔性传感膜的数量为多个，多个所述柔性传感膜的所述传感纳米纤维在摩擦电序列中的相对位置不相同；

10.一种材料识别方法，其特征在于，应用于如权利要求8或9所述的可穿戴设备，所述材料识别方法包括：

技术总结
本申请提出了一种柔性传感膜及其制备方法、可穿戴设备和识别方法，柔性传感膜包括传感层和传导层，传感层用于与待测材料接触并产生摩擦电信号，传感层包括传感纳米纤维，传感纳米纤维相互交叠形成多个第一孔隙；传导层设置于传感层的一侧并用于传输摩擦电信号，传导层包括纳米纤维支架和导电层，纳米纤维支架具有多个第二孔隙，导电层承载在纳米纤维支架上并与传感层连接，至少部分第一孔隙与至少部分第二孔隙连通。本申请提出的柔性传感膜透气透湿性好。

技术研发人员：张莹莹,朱梦嘉
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15