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一种基于丝瓜络基传感器的智能腰带的制作方法

文献发布时间:2023-06-19 16:12:48



技术领域

本发明涉及传感器领域,具体涉及到一种基于丝瓜络基传感器的智能腰带的制作方法。

背景技术

得益于微型电子芯片技术的成熟发展,以及互联网智能化概念的提出,目前许多电子装置、传感器体积大幅缩小,人们可将其运用到各类日常穿戴用品中,监测用户的生理数据,并切实有效的为用户提供各类便利服务,所以智能穿戴设备形成一个热潮。传统的腰带通常只提供束缚衣物以及装饰之用,其功能较为单一,同时,随着人们生活水平的提高,人们对健康的需求也越来越高,健身塑形已经越来越被人们大众所接受。众所周知,想要拥有平坦、具有优美线条的腹部,最简单的也最有效的动作就是随时随地保持收腹状态,这一概念已逐渐深入人心,很多民众都希望能够通过随时随地收腹来达到健身塑形的目的,但是部分人无法做到"保持收腹”,原因就是身体会无意识的松弛;人们急需一种可以时刻监测自己是否保持收腹的智能腰带。

目前三星已推出具有分析用户的腰围,饮食习惯和身体运动等数据的智能腰带,但在市面上并未取的大范围推广。三星这款智能皮带名为“WELT”,寓意为“健康皮带”,这家公司也将其称之为一款“智能可穿戴健康皮带”。“WELT”跟普通的皮带长得非常像,它的内置传感器能够与用户智能手机搭配使用,告诉用户一些有用信息,比如你已经坐了多久,你今天已经行走了多少步数。除此之外,这款智能皮带还能向用户手机应用软件实时发送有关用户的饮食和运动数据。通过分析这些数据,用户就能够了解自己,比如你是否吃得太多,以及你目前的腰围。这款可穿戴产品是由三星创新实验室开发,目前还是一款原型产品。正在开发当中,但并没有透漏是否或何时出售,以及它的具体零售价。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷,本发明提供了一种基于丝瓜络基传感器的智能腰带的制作方法,采用市面上常见的丝瓜代替昂贵的石墨烯材料,其具有密集且平行的微孔,相较于其他传感器材料接触面积更大,对腰围细微变化感受也更灵敏,使传感器发出更准确的电信号,识别结果更加准确。

技术方案

一种基于丝瓜络基传感器的智能腰带的制作方法,包括如下步骤:

(1)丝瓜的预处理,多孔生物质碳材料的制备:通过清洗和干燥丝瓜获得丝瓜络,将丝瓜络用去离子水和乙醇交替浸泡,然后超声洗涤去除丝瓜络表面的尘垢杂质,然后将丝瓜络放置于干燥箱中干燥,干燥完毕后将丝瓜络放入管式炉中,在550℃-650℃的温度下在氮气氛围中退火处理后得到丝瓜络粉末;

然后用氢氧化钾活化丝瓜络粉末,称量丝瓜络粉末和氢氧化钾粉末以质量比为1:1-3进行混合,加入20ml去离子水超声分散后置于干燥箱中干燥,直至溶液蒸发完;

然后移入高温管式炉中活化,通入氩气,以5℃/分钟恒定的速率匀速升温至600℃~800℃煅烧1h-3h,待冷却至室温后,用稀盐酸中和处理并用去离子水反复浸泡洗涤过滤至滤液的pH值为7,且滤液经硝酸银溶液检测无白色沉淀,再置于真空干燥箱中进行干燥,得到多孔生物质碳材料;

(2)丝瓜络银复合材料的制备:将步骤(1)中的所述多孔生物质碳材料,即炭化后的丝瓜络(OMC)与银纳米线复合,取5mg/ml银纳米线的异丙醇溶液中加入炭化后的丝瓜络(OMC)搅拌均匀,两者的质量比为1:1-1:10,然后超声处理10-30min后静置,使银纳米线充分附着在炭化后的丝瓜络(OMC)上;

取不同形状的模具,将PDMS和固化剂混合抽真空后,注入到模具中,固化处理,然后将超声处理后的银纳米线附着的碳化后的丝瓜烙溶液倒入固化的PDMS的模具中,60-80℃干燥处理3-6小时,得到PDMS上的丝瓜络银复合导电材料层;

(3)通过切割获得长条形状的丝瓜络银复合材料,并使用银胶将丝瓜络银复合材料与导线相连接,最后,再涂布一层PDMS进行封装,即制备得到丝瓜络银复合传感器,将丝瓜络银复合传感器贴合于智能腰带与人体相接触的一面,获得基于丝瓜络基传感器的智能腰带。

进一步的,步骤(3)中的所述智能腰带:还包括信号处理模块、信息处理终端、单片机、数据库,所述智能腰带佩戴于腰部时,通过所述信息处理模块将所述丝瓜络基传感器收到的波形信号放大到所述单片机的采集电压范围,用所述单片机采集信号后对电信号进行处理和识别,所述单片机采集一定信号波动数据后,与所述数据库中已录入波形数据进行对比,当所得信号数据波形发生变化超过一定阈值,便可通过提示或警告的方式告诉佩戴者应当减少食物的摄入量。

进一步的,步骤(1)中的所述管式炉的退火时间为1-1.5小时。

进一步的,步骤(1)中的所述管式炉的退火处理时间45-60min。

进一步的,步骤(1)中的所述真空干燥箱中干燥温度为60℃-80℃。进一步的,步骤(2)中的所述丝瓜络银复合传感器可以裁制成任意大小和形状。

进一步的,步骤(2)中的所述超声处理后的银纳米线附着的碳化后的丝瓜烙溶液的浓度为2-20mg/ml,丝瓜烙银复合材料倒入PDMS的模具中的用量为5-20mg/cm

进一步的,通过与所述数据库中已录入信号值进行对比,再超出设定变化阈值时,会发出提示或警告达到对佩戴者腰围监测以及控制食量的目的。

有益效果

本发明与现有技术相比,具有以下有益效果:

1.本发明采用市面上常见的丝瓜代替昂贵的石墨烯材料,作为一种廉价的导电炭材料,丝瓜在中国南方和北方以及土耳其和巴西的等温热带地区大量种植,获得途径较多,价格低廉方便大量制备,丝瓜烙纤维具有密集且平行的微孔,其直径在微观水平上从几微米到几十微米不等,衍生自LS的碳材料有望成为电化学应用中负载活性材料的理想基质;

2.本发明采用市面上常见的丝瓜作为结构化PDMS的模板,丝瓜烙纤维具有密集且平行的微孔,相较于其他传感器材料接触面积更大,对腰围细微变化感受也更灵敏,使传感器发出更准确的电信号,识别结果更加准确;

3.本发明用丝瓜络传感器应用于智能腰带,因其为穿戴式传感器,所受环境干扰较小,使用也更为方便,在智能穿戴设备方面也与以往的手环不同。

附图说明

图1为本发明实施例中丝瓜烙银复合导电材料的扫描电镜图;

图2为本发明实施例中丝瓜烙银复合导电材料的扫描电镜图;

图3为智能腰带的结构示意图。

具体实施方式

为更好地说明阐述本发明内容,下面结合附图和实施实例进行展开说明:

有图1-图3所示,本发明公开了一种基于丝瓜络基传感器的智能腰带的制作方法,包括如下步骤:

(1)丝瓜的预处理,多孔生物质碳材料的制备:通过清洗和干燥丝瓜获得丝瓜络,将丝瓜络用去离子水和乙醇交替浸泡,然后超声洗涤去除丝瓜络表面的尘垢杂质,然后将丝瓜络放置于干燥箱中干燥,干燥完毕后将丝瓜络放入管式炉中,在600℃的温度下在氮气氛围中退火处理1h后得到丝瓜络粉末;

然后用氢氧化钾活化丝瓜络粉末,称量丝瓜络粉末和氢氧化钾粉末以质量比为1:1进行混合,加入20ml去离子水超声分散后置于60摄氏度干燥箱中干燥,直至溶液蒸发完;

然后移入高温管式炉中活化,通入氩气,以5℃/分钟恒定的速率匀速升温至700℃煅烧1h,待冷却至室温后,用稀盐酸中和处理并用去离子水反复浸泡洗涤过滤至滤液的pH值为7,且滤液经硝酸银溶液检测无白色沉淀,再置于真空干燥箱中进行干燥,干燥温度为60℃,得到多孔生物质碳材料;

(2)丝瓜络银复合材料的制备:将步骤(1)中的所述多孔生物质碳材料,即炭化后的丝瓜络(OMC)与银纳米线复合,取5mg/ml银纳米线的异丙醇溶液中加入炭化后的丝瓜络(OMC)搅拌均匀,两者的质量比为1:5,然后超声处理30min后静置,使银纳米线充分附着在炭化后的丝瓜络(OMC)上;

取1*2cm的长方形模具,将PDMS和固化剂混合抽真空后,注入到模具中,固化处理,然后将超声处理后的银纳米线附着的碳化后的丝瓜烙溶液配置5mg/ml取5ml倒入固化的PDMS的模具中,80℃干燥处理6小时,得到PDMS上的丝瓜络银复合导电材料层,其扫描电镜如图1和2所示,可以清晰地看到丝瓜烙的多孔结构,并且Ag纳米线缠绕其间;

(3)通过切割获得长条形状的丝瓜络银复合材料,并使用银胶将丝瓜络银复合材料与导线相连接,最后,再涂布一层PDMS进行封装,即制备得到丝瓜络银复合传感器,将丝瓜络银复合传感器贴合于智能腰带与人体相接触的一面,获得基于丝瓜络基传感器的智能腰带,示意图如图3所示。

进一步的,步骤(3)中的所述智能腰带:还包括信号处理模块、信息处理终端、单片机、数据库,所述智能腰带佩戴于腰部时,通过所述信息处理模块将所述丝瓜络基传感器收到的波形信号放大到所述单片机的采集电压范围,用所述单片机采集信号后对电信号进行处理和识别,所述单片机采集一定信号波动数据后,与所述数据库中已录入波形数据进行对比,当所得信号数据波形发生变化超过一定阈值,便可通过提示或警告的方式告诉佩戴者应当减少食物的摄入量。

最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明技术方案进行了详细的说明,本领域的技术人员应当理解,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行同等替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。

技术分类

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