一种测量体感信息的方法、离子芯片及其制备方法

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一种测量体感信息的方法、离子芯片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于智能软材料应用领域,具体涉及采用离子材料设计的智能芯片。
【背景技术】
[0002]IPMC是一种新型功能材料。作为一种典型的电激活的离子材料,IPMC在外加电激励下可产生大变形,当激励撤除后,它又能恢复到原始的形状尺寸;此外,该材料在外界的力作用下发生形变,在一定条件下能产生相应的电信号,可也作为智能的传感材料。相对于传统压电陶瓷等材料,离子凝胶具有质量轻、成本低、寿命长、生物兼容等突出优点,使其迅速成为智能材料领域内的一个研宄热点。
[0003]由于IPMC传感机理,以及材料特征与生物体的肌肉组织变形非常类似,是迄今为止与人类肌肉特性最接近的材料,常被人们称为人工肌肉;另外,离子凝胶材料主要由高分子聚合物材料组成,其生物兼容性也远远优于传统的压电陶瓷等脆性材料。
[0004]目前为止,尚未见到利用IPMC制备而成的测量体感信息的离子芯片的报道。

【发明内容】

[0005]本发明的目的在于提供一种测量体感信息的方法、离子芯片及其制备方法。
[0006]为达到上述目的,本发明采用了以下技术方案:
[0007]一种测量体感信息的离子芯片,包括基底层、设置于基底层上的IPMC感应器和信号通讯与能量接收组件以及与基底层相连的用于密封IPMC感应器和信号通讯与能量接收组件的覆盖膜;所述基底层为V形结构的PDMS片材。
[0008]所述IPMC感应器为矩形薄膜状;IPMC感应器分别设置在所述V形结构的PDMS片材同一侧表面的两边上。
[0009]所述信号通讯与能量接收组件与IPMC感应器设置于基底层的同一侧表面上。
[0010]所述信号通讯与能量接收组件具有双向功能,既能发出信号也能接收信号。
[0011]所述信号通讯与能量接收组件包括NFC通讯电路以及用于无线能量传输的电路。
[0012]所述覆盖膜采用聚丙烯酸酯薄膜。
[0013]一种测量体感信息的方法,包括以下步骤:
[0014]将测量体感信息的离子芯片固定于膝盖下方,然后在身体运动过程中接收所述离子芯片发出的与身体运动信息对应的感应信号;
[0015]所述离子芯片包括基底层、设置于基底层上的IPMC感应器和信号通讯与能量接收组件以及与基底层相连的用于密封IPMC感应器和信号通讯与能量接收组件的覆盖膜;所述基底层为V形结构的PDMS片材。
[0016]所述离子芯片固定时,所述离子芯片的基底层贴附在皮肤表面,当身体运动的时候,膝盖的弯曲或伸直导致IPMC感应器拉伸或者压缩,IPMC感应器内部的离子液体在拉伸以及压缩过程中双向流动,引起电势差的产生,使所述离子芯片输出电流变化,产生感应信号,感应信号通过远程读写输送到外部设备。
[0017]一种测量体感信息的离子芯片的制备方法,包括以下步骤:
[0018]制备基底层:将PDMS主剂与硬化剂混合均匀后倒入模具中,然后抽真空并加热干燥,得到V形结构的PDMS片材;
[0019]制备覆盖膜:通过激光切割机将聚丙烯酸酯薄膜切割为与基底层形状相应;
[0020]整体安装:将信号通讯与能量接收组件以及IPMC感应器通过粘性硅胶固定在基底层上,然后将基底层与覆盖膜热压为一个整体,实现对信号通讯与能量接收组件以及IPMC感应器的密封,即得到所述离子芯片。
[0021]所述PDMS主剂与硬化剂的质量比为10:0.5?1,干燥的温度为80?120°C,干燥的时间为I?1.5小时。
[0022]本发明的有益效果体现在:
[0023]本发明是基于IPMC的离子芯片,该芯片利用柔性硅胶材料PDMS作为支撑体,IPMC作为传感测量元件,经封装技术处理后形成离子芯片,可以实时监测身体运动信息;本发明首次通过离子传导测量体感信号,测量范围广,能耗低,使用寿命长;本发明所使用的PDMS和离子凝胶等材料都具有良好的生物兼容性,不会对身体带来不良影响,且本发明结构简单,制作过程方便,成本低,在医药健康生态保健等领域具有很强的实际应用价值。
[0024]进一步的,本发明采用无线方式输送电能,避免有线方式引起的身体不适和负重。
【附图说明】
[0025]图1为本发明所述芯片的结构示意图;
[0026]图中:1为基底层,2为IPMC感应器,3为信号通讯与能量接收组件,4为覆盖膜。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
[0028]参见图1,一种采用IPMC材料的人体运动信息检测用离子芯片,该芯片包括基底贴膜(即基底层I)、IPMC感应器2、信号通讯与能量接收组件3 (包含柔性电路、信息存储单元、读写单元、电源及控制器等)以及覆盖膜4。本离子芯片贴于人体膝盖下方,总结构呈"V"形,各边长度为10cm,随着人体运动,拉伸、压缩离子芯片,IPMC发生拉伸或者压缩变形,产生传感信号,信号传递到通讯存储电路,电路对信号进行采集并发送到外部终端设备中,从而得到检测运动信号。
[0029]本芯片中支撑体为V形结构的基底贴膜,采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)通过热固化的方法得到;IPMC感应器为长条形,将2片IPMC感应器贴于V形基底贴膜的两侧(S卩V形结构的两边上),通过柔性电路和存储单元连接实现信号采集传输,信息通过读写单元与外界设备进行通信。所有电子单元由无线电源系统供电。
[0030]使用时,将该芯片固定于人体膝盖下方,基底贴膜贴附在身体的皮肤表面,V形结构的开口与膝盖相对。当身体运动的时候,膝盖的弯曲、伸直会拉伸或者压缩IPMC感应器,IPMC感应器内部的离子液体双向流动,引起电势差的产生,离子芯片输出电流变化,通过柔性电路输入存储单元中。通过NFC技术对信息进行远程读写,将体感信息输送到外部设备进行后续分析。采用无线能量传输方式对芯片供电。该方式可以为电磁耦合或微波束供电。
[0031]上述芯片的制备方法包括以下步骤:
再多了解一些
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