一种柔性摩擦纳米发电机及其制备方法及心率检测设备

专利检索2025-03-29  14


本发明涉及摩擦纳米发电机,特别涉及一种柔性摩擦纳米发电机及其制备方法及心率检测设备。


背景技术:

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术,并不必然构成现有技术。

2、目前,主流的测量脉搏心率的传感器分为两大类,包括光电式脉搏传感器和压电式脉搏传感器,但,这两类传感器在灵敏度、信噪比、功耗及成本等方面仍存在问题。例如,光电式脉搏传感器对环境光和人体运动非常敏感,行走和手臂摆动等肢体运动均会导致伪迹的产生;而压电式脉搏传感器对于外界的温度湿度变化、电磁场干扰以及振动等干扰较为敏感,测量的准确性以及器件的使用寿命难以得到保证。因此,移动可穿戴健康医疗领域的持续革新对传感器的小型化、功耗、灵敏度、生物兼容性等关键特性提出了新的要求。尤其是,小型化导致的电源供应的减少让灵敏度和功耗之间的矛盾愈加突出。

3、相较于目前大量的研究工作聚焦于寻求功耗与灵敏度之间的平衡,基于摩擦纳米发电机的自驱动主动式传感技术的提出为解决这一矛盾提供了新的方案,它可以将机械振动信号直接化为电信号,从而解决功耗和灵敏度的矛盾,实现无功耗高灵敏度的自驱动传感。

4、但是,现有的摩擦纳米发电机生物兼容性差、成本高、制备困难,且柔性差,无法用穿戴设备的制造,难以用于脉搏心率的检测。


技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足,本发明提供了一种柔性摩擦纳米发电机及其制备方法及心率检测设备,所采用的材料具有良好的生物兼容性,且具有成本低、柔性好、制备相对简单的优势。

2、为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

3、本发明第一方面提供了一种柔性摩擦纳米发电机。

4、一种柔性摩擦纳米发电机,包括第一电极层、正极摩擦层、负极摩擦层和第二电极层,第一电极层与正极摩擦层贴合,负极摩擦层与第二电极层贴合,且正极摩擦层和负极摩擦层面对面设置,且两者不直接接触;

5、所述正极摩擦层为由sebs-tfa-mxene溶液制备的sebs-tfa-mxene混合薄膜;

6、所述负极摩擦层为由pi-mxene溶液制备的pi-mxene混合薄膜。

7、进一步地,还包括分别设置于第一电极层远离正极摩擦层一侧以及第二电极层远离负极摩擦层一侧的柔性支撑骨架。

8、进一步地,所述柔性支撑骨架为pi薄膜、pet薄膜或聚四氟乙烯薄膜。

9、进一步地,所述第一电极层为金箔、铜箔、银纳米线层或石墨烯层。

10、进一步地,所述第二电极层为金箔、铜箔、银纳米线层或石墨烯层。

11、本发明第二方面提供了如第一方面所述一种柔性摩擦纳米发电机的制备方法,包括如下步骤:

12、将sebs-tfa-mxene溶液加入玻璃培养皿中,进行加热并冷却后,得到所述sebs-tfa-mxene混合薄膜;

13、将pi-mxene溶液加入玻璃培养皿中,依次进行加热、升温、保温和冷却后,得到所述pi-mxene混合薄膜。

14、进一步地,将mxene溶液按比例加入到sebs-tfa溶液中后,使用超声震荡,直溶液整体呈黑色,得到所述sebs-tfa-mxene溶液。

15、进一步地,将无马来酸酐接枝的sebs颗粒与有马来酸酐接枝的sebs粉末按比例混合后,溶解于四氢呋喃中,得到所述sebs-tfa溶液。

16、进一步地,将mxene溶液按比例加入到pi溶液中后,使用超声震荡,直至溶液整体呈黑色,得到所述pi-mxene溶液。

17、本发明第三方面提供了一种心率检测设备,包括腕带、印刷电路板以及设置于所述腕带内的如第一方面所述的一种柔性摩擦纳米发电机;

18、所述第一电极层与正极摩擦层之间以及所述负极摩擦层与第二电极层之间均引出导联连接所述印刷电路板。

19、与现有技术相比,本发明的有益效果是:

20、1、本发明所述的一种柔性摩擦纳米发电机,其所采用的材料具有良好的生物兼容性,且具有成本低、柔性好、制备相对简单的优势,为成本较低、监测准确的可穿戴智能心率检测设备的制备与使用打下了基础。

21、2、本发明所述的一种柔性摩擦纳米发电机,其灵敏度高,可以保证精准采集到脉搏数据的变化,以保证使用的准确性。



技术特征:

1.一种柔性摩擦纳米发电机,其特征在于:包括第一电极层、正极摩擦层、负极摩擦层和第二电极层,第一电极层与正极摩擦层贴合,负极摩擦层与第二电极层贴合,且正极摩擦层和负极摩擦层面对面设置,且两者不直接接触;

2.如权利要求1所述的一种柔性摩擦纳米发电机,其特征在于:还包括分别设置于第一电极层远离正极摩擦层一侧以及第二电极层远离负极摩擦层一侧的柔性支撑骨架。

3.如权利要求1所述的一种柔性摩擦纳米发电机,其特征在于:所述柔性支撑骨架为pi薄膜、pet薄膜或聚四氟乙烯薄膜。

4.如权利要求1所述的一种柔性摩擦纳米发电机,其特征在于:所述第一电极层为金箔、铜箔、银纳米线层或石墨烯层。

5.如权利要求1所述的一种柔性摩擦纳米发电机,其特征在于:所述第二电极层为金箔、铜箔、银纳米线层或石墨烯层。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种柔性摩擦纳米发电机的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:

7.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于:将mxene溶液按比例加入到sebs-tfa溶液中后,使用超声震荡,直溶液整体呈黑色,得到所述sebs-tfa-mxene溶液。

8.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于:将无马来酸酐接枝的sebs颗粒与有马来酸酐接枝的sebs粉末按比例混合后,溶解于四氢呋喃中,得到所述sebs-tfa溶液。

9.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于:将mxene溶液按比例加入到pi溶液中后,使用超声震荡,直至溶液整体呈黑色,得到所述pi-mxene溶液。

10.一种心率检测设备,其特征在于:包括腕带、印刷电路板以及设置于所述腕带内的如权利要求1-5任一项所述的一种柔性摩擦纳米发电机;


技术总结
本发明涉及摩擦纳米发电机技术领域,提供了一种柔性摩擦纳米发电机及其制备方法及心率检测设备,包括第一电极层、正极摩擦层、负极摩擦层和第二电极层,第一电极层与正极摩擦层贴合,负极摩擦层与第二电极层贴合,且正极摩擦层和负极摩擦层面对面设置,且两者不直接接触;所述正极摩擦层为由SEBS‑TFA‑Mxene溶液制备的SEBS‑TFA‑Mxene混合薄膜;所述负极摩擦层为由PI‑Mxene溶液制备的PI‑Mxene混合薄膜。具有良好的生物兼容性,且具有成本低、柔性好、制备相对简单的优势。

技术研发人员:王子然,袁皓宇,闫鹏
受保护的技术使用者:山东大学
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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