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CN108534930A - 压力可视化装置及其制备方法、检测设备 - Google Patents

压力可视化装置及其制备方法、检测设备 Download PDF

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CN108534930A CN201810247405.3A CN201810247405A CN108534930A CN 108534930 A CN108534930 A CN 108534930A CN 201810247405 A CN201810247405 A CN 201810247405A CN 108534930 A CN108534930 A CN 108534930A
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Abstract

本公开提供一种压力可视化装置及制备方法、检测设备，涉及检测技术领域。该压力可视化装置包括柔性衬底，位于柔性衬底的一表面上且相邻设置的压电模块和电致变色模块，位于压电模块背离柔性衬底一面的第一贴附层，以及位于柔性衬底另一表面上的第二贴附层；压电模块包括多个压电单元，压电单元包括第一电极、第二电极、位于第一电极和第二电极之间的压电层；电致变色模块包括多个电致变色单元，电致变色单元包括第三电极、第四电极、位于第三电极和第四电极之间的电致变色层和离子传输层；其中，第二电极与第三电极之间电连接，第四电极为透明电极。本公开的压力可视化装置小巧便携、且能即时显示压力信号曲线。

Description

压力可视化装置及其制备方法、检测设备
技术领域
本公开涉及检测技术领域，尤其涉及一种压力可视化装置及其制备方法、检测设备。
背景技术
传统的压力检测系统主要包括压力传感器和显示器。在检测过程中，需要先将压力传感器检测到的信号实时记录，然后根据记录的信号绘制压力曲线，最后再通过显示器将绘制的压力曲线显示出来，以此来反映压力变化过程。
但是，在压力传感器与显示器不能正常连接时，压力检测系统就无法实现压力检测，而且显示器的体积相对较大，因此传统的压力检测系统还存在不够便携的问题。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种压力可视化装置及其制备方法、检测设备，以用于解决传统压力传感器需要外接显示设备才能呈现压力变化曲线的问题。
本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
根据本公开的一个方面，提供一种压力可视化装置，包括柔性衬底，位于所述柔性衬底的一表面上且相邻设置的压电模块和电致变色模块，位于所述压电模块背离所述柔性衬底一面的第一贴附层，以及位于所述柔性衬底的另一表面上的第二贴附层；
所述压电模块包括多个压电单元，所述压电单元包括靠近所述柔性衬底的第一电极、远离所述柔性衬底的第二电极、以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的压电层；
所述电致变色模块包括多个电致变色单元，所述电致变色单元包括靠近所述柔性衬底的第三电极、远离所述柔性衬底的第四电极、以及位于所述第三电极和所述第四电极之间的电致变色层和离子传输层；
其中，所述第二电极与所述第三电极之间电连接，所述第四电极为透明电极。
本公开的一种示例性实施例中，所述压电模块在所述柔性衬底上的占用面积与所述电致变色模块在所述柔性衬底上的占用面积的总和等于所述柔性衬底的表面面积。
本公开的一种示例性实施例中，所述第一贴附层和所述第二贴附层的材质均包括水凝胶。
本公开的一种示例性实施例中，所述水凝胶由无定形碳酸钙纳米粒子、聚丙烯酸、以及海藻酸钠通过物理交联而得。
本公开的一种示例性实施例中，所述第二电极与所述第三电极同层设置且具有相同的材质。
本公开的一种示例性实施例中，所述压力可视化装置还包括位于所述电致变色模块背离所述柔性衬底一侧的保护层。
本公开的一种示例性实施例中，所述保护层包括透明树脂层，所述透明树脂层的材料包括聚二甲基硅氧烷。
本公开的一种示例性实施例中，所述压电模块还包括位于所述第一电极与所述压电层之间的导电层，所述压电层包括氧化锌纳米线。
本公开的一种示例性实施例中，所述电致变色层包括三氧化钨图案层，所述三氧化钨图案层中设有电流放大电路。
根据本公开的一个方面，提供一种压力可视化装置的制备方法，包括：
在玻璃基板的上方依次形成柔性衬底层、第一电极、以及树脂层，并对所述树脂层进行图案化处理，以得到位于第一区域的槽孔和位于第二区域的树脂保留层，所述第一区域和所述第二区域相邻设置；
在所述槽孔中依次形成压电层和第二电极，并在所述第二电极的上方形成第一贴附层；
在所述树脂保留层的上方依次形成第三电极、电致变色层、离子传输层、以及第四电极；所述第三电极与所述第二电极电性连接，所述第四电极为透明电极；
自所述玻璃基板与所述柔性衬底层的界面处剥离所述柔性衬底层，并在所述柔性衬底层的剥离面上形成第二贴附层；
其中，所述第一区域用于设置压电模块，所述压电模块包括多个由所述第一电极、所述第二电极、以及所述压电层构成的压电单元；所述第二区域用于设置电致变色模块，所述电致变色模块包括多个由所述第三电极、所述第四电极、所述电致变色层和所述离子传输层构成的电致变色单元。
本公开的一种示例性实施例中，所述第一区域的面积与所述第二区域的面积的总和等于所述柔性衬底层的表面面积。
本公开的一种示例性实施例中，所述第一贴附层和所述第二贴附层的材质均包括水凝胶。
本公开的一种示例性实施例中，所述水凝胶由无定形碳酸钙纳米粒子、聚丙烯酸、以及海藻酸钠通过物理交联而得。
本公开的一种示例性实施例中，所述第二电极与所述第三电极通过对同一膜层进行同一次构图工艺制备而得；
在形成所述第二电极和所述第三电极之前，所述制备方法还包括：
对所述树脂保留层进行图案化处理，以得到用于形成所述第三电极的凹槽。
本公开的一种示例性实施例中，所述制备方法还包括：在所述第四电极的上方形成保护层。
本公开的一种示例性实施例中，所述保护层包括透明树脂层，所述透明树脂层的材料包括聚二甲基硅氧烷。
本公开的一种示例性实施例中，所述压电模块还包括形成在所述第一电极与所述压电层之间的导电层，所述压电层包括氧化锌纳米线。
本公开的一种示例性实施例中，所述电致变色层包括三氧化钨图案层，所述三氧化钨图案层中还形成有电流放大电路。
根据本公开的一个方面，提供一种检测设备，包括上述的压力可视化装置。
本公开的一种示例性实施例中，所述检测设备包括血压计和心电监测仪。
本公开的一种示例性实施例中，所述检测设备为可穿戴设备。
本公开示例性实施方式所提供的压力可视化装置及其制备方法、检测设备，可将压电模块感应到的压力信号转换为电信号，再在该电信号的控制下激发电致变色模块发光变色，其不仅可以实现对压力的检测，还能将检测到的压力即时进行可视化显示。由此可知，该压力可视化装置无需外接显示设备便可即时显示压力信号曲线，从而实现压力信号的可视化。此外，由于压电模块和电致变色模块集成设置在柔性衬底之上，因此该压力可视化装置还具有小巧便携的优点。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示意性示出本公开示例性实施例中压力可视化装置的结构示意图；
图2示意性示出本公开示例性实施例中压力可视化装置的一种使用状态示意图；
图3示意性示出本公开示例性实施例中压力可视化装置的另一种使用状态示意图；
图4示意性示出本公开示例性实施例中水凝胶压力传感器的电容-压力响应曲线；
图5示意性示出本公开示例性实施例中水凝胶压力传感器的电容-压力循环曲线；
图6示意性示出本公开示例性实施例中水凝胶压力传感器检测水滴下落的实时电容响应曲线；
图7示意性示出本公开示例性实施例中三氧化钨电致变色层303的电致变色模块30的多项性能曲线；
图8示意性示出本公开示例性实施例中压电单元的分布效果图以及不同压力作用下电致变色模块显示的图案印记图；
图9示意性示出本公开示例性实施例中图案印记的增强比例与外加压力的线性关系示意图；
图10示意性示出本公开示例性实施例中压力可视化装置的制备方法流程图；
图11至图14示意性示出本公开示例性实施例中压力可视化装置的制备过程示意图；
图15至图18示意性示出本公开示例性实施例中压力可视化装置的制备过程细节示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
本示例实施方式提供了一种压力可视化装置，可用于进行医疗检测领域例如心电监测或者血压监测等。如图1所示，所述压力可视化装置可以包括柔性衬底10，位于柔性衬底10的一表面上且相邻设置的压电模块20和电致变色模块30，位于压电模块20背离柔性衬底10一面的第一贴附层40，以及位于柔性衬底10的另一表面上的第二贴附层50。其中，第一贴附层40和第二贴附层50均可贴附在测试对象的表面，以用于感应测试对象表面的压力变化。
所述压电模块20可以包括多个压电单元200，每个压电单元200均可以包括靠近柔性衬底10一侧的第一电极201、远离柔性衬底10一侧的第二电极202、以及位于第一电极201和第二电极202之间的压电层203。其中，第一电极201可以平铺在整个柔性衬底10的表面、或者仅设置在压电模块20对应的区域，第二电极202可以包括多个独立的电极块，而压电层203可以相应的包括多个独立的压电层单元，则第一电极201、第二电极202的多个电极块、以及压电层203的多个压电层单元便可形成压电模块20的多个压电单元200。
所述电致变色模块30可以包括多个电致变色单元300，每个电致变色单元300均可以包括靠近柔性衬底10一侧的第三电极301、远离柔性衬底10一侧的第四电极302、以及位于第三电极301和第四电极302之间的电致变色层303和离子传输层304。其中，第三电极301可以包括多个独立的电极块，第四电极302可以为透明板状电极、或者包括多个电连接的透明块状电极，而电致变色层303和离子传输层304可以相应的分别包括多个独立的电致变色层单元和多个独立的离子传输层单元，则第三电极301的多个电极块、第四电极302、电致变色层303的多个电致变色层单元、以及离子传输层304的多个离子传输层单元便可形成电致变色模块30的多个电致变色单元300。
需要说明的是：第二电极202与第三电极301之间应当保持电连接，以便于将压电模块20中产生的电信号传输至电致变色模块30。
本公开示例性实施方式所提供的压力可视化装置，可将压电模块20感应到的压力信号转换为电信号，再在该电信号的控制下激发电致变色模块30发光变色，其不仅可以实现对压力的检测，还能将检测到的压力即时进行可视化显示。由此可知，该压力可视化装置无需外接显示设备便可即时显示压力信号曲线，从而实现压力信号的可视化。此外，由于压电模块20和电致变色模块30集成设置在柔性衬底10之上，因此该压力可视化装置还具有小巧便携的优点。
本示例实施方式中，所述压电模块20在柔性衬底10上的占用面积与所述电致变色模块30在柔性衬底10上的占用面积的总和可以等于柔性衬底10的表面面积，且压电模块20的面积与电致变色模块30的面积例如可以完全相等。
基于上述结构，考虑到制备工艺的简化，第二电极202和第三电极301可以同层设置且具有相同的材质，例如第二电极202和第三电极301可以通过对同一层导电薄膜进行图案化处理而得。其中，第一电极201、第二电极202、第三电极301和第四电极302均可以为透明电极例如氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)，但不以此为限，本实施例仅需保证第四电极302为透明电极，以便于显示变色现象即可，至于其它电极的具体材质不作强制限定。在此基础上，由于第二电极202和第三电极301位于同一层，则电致变色模块30的底面会高于压电模块20的顶面，因此本实施例还可在柔性衬底10与电致变色模块30之间设置树脂层60，以用于调整其间的空隙。
本示例实施方式中，第一贴附层40和第二贴附层50均可用作贴附面以检测测试对象表面的压力变化，因此二者均应具有良好的粘弹性质以及较高的灵敏度，从而适合作为压电模块20的感应面。
可选的，在第一贴附层40作为贴附面时，如图2所示，该压力可视化装置可以沿压电模块20与电致变色模块30的分界线处折叠，以通过第二贴附层50将折叠后的柔性衬底10粘贴在一起，再将第一贴附层40贴附在测试对象的表面以用于感应测试对象表面的压力变化，并将感应到的压力传递至压电模块20，进一步通过电致变色模块30呈现出来。
可选的，在第二贴附层50作为贴附面时，如图3所示，该压力可视化装置可以直接将第二贴附层50贴附在测试对象的表面以用于感应测试对象表面的压力变化，并将感应到的压力传递至压电模块20，进一步通过电致变色模块30呈现出来。
由此可知，该压力可视化装置具有图2和图3所示的两种使用状态，其可用于医疗检测例如心电监测，只要将该压力可视化装置贴附至检测对象的心脏处，随着检测对象的心脏跳动便会立即出现心跳信号曲线，以便于实时观测检测对象的心跳规律。需要说明的是：该压力可视化装置在工作时仅需连接电源例如-6V左右的锂电池即可作为保证其正常工作的基本工作电压。
在此基础上，考虑到该压力可视化装置的可折叠性能，其柔性衬底10可以采用聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)等柔性材料制备而得，且压电模块20所占区域的长度优选不超过柔性衬底10总长度的一半，以便于将压电模块20折叠至电致变色模块30的背面。这样一来，该压力可视化装置在折叠使用时不仅具有更小的体积，而且第一贴附层40直接接触压电模块20，相比于第二贴附层50与压电模块20之间还隔有柔性衬底10，其还具有更高的灵敏度。
更进一步的，第一贴附层40和第二贴附层50的材质均可以采用水凝胶。具体而言，本实施例可以利用无定形碳酸钙(Amorphous Calcium Carbonate，ACC)纳米粒子、聚丙烯酸(Polyacrylic Acid，PAA)和海藻酸钠通过物理交联而形成水凝胶。其中，ACC具有可变性、可塑性、可控性等性能；海藻酸钠可在温和条件下快速形成凝胶，由于ACC中存在Ca2+，G单元上的Na+可与二价阳离子发生离子交换反应，G单元堆积形成交联网络结构，从而快速形成水凝胶；而PAA能与Ca2+形成稳定的化合物，以使水凝胶的结构更加稳定。
基于此，本实施例制备的水凝胶一方面具有独特的粘弹性质，可将折叠后的两部分粘贴在一起，另一方面具有良好的力学适应性能(包括柔性、可拉伸、易加工、完全自主修复)和较高的灵敏度，以及对非线性曲面和动态曲面的高度匹配和贴合效果，其可感知外界微小的压力变化例如人体运动或水滴下落，再一方面还对皮肤的影响较小，因此适于直接贴附在皮肤表面使用。其中，图4示出了水凝胶压力传感器在0～1kPa压力范围内的电容-压力响应曲线，图5示出了水凝胶压力传感器的电容-压力循环曲线，图6示出了水凝胶压力传感器检测水滴下落的实时电容响应曲线。由此可知，该水凝胶压力传感器即以水凝胶为感应面的压电模块20具有较高的灵敏度以及良好的修复性能。
本示例实施方式中，所述压电模块20的压电单元200至少可由第一电极201、第二电极202、以及压电层203构成。为了提升压电模块20的导电性能，在第一电极201与压电层203之间还可以设置导电层204例如金导电层，且该导电层204可以包括多个独立的导电块，而该多个导电块可与压电层203的多个压电层单元一一对应设置。其中，压电层203可以包括由氧化锌纳米线、石墨烯或碳纳米管等压电材料构成的膜层，其中氧化锌纳米线具有优良的电导传输效率、透光性、以及抑菌性。
本示例实施方式中，所述电致变色模块30的电致变色单元300至少可由第三电极301、第四电极302、电致变色层303、以及离子传输层304构成。为了保护电致变色模块30的表面不受损伤，还可在第四电极302背离柔性衬底10的一侧设置保护层305例如透明树脂层，其具体可以采用聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)等树脂材料，且为了不影响压电感应效果，该保护层305仅覆盖电致变色模块30所在的区域。其中，电致变色层303可以包括由三氧化钨、聚苯胺及其衍生物等电致变色材料构成的图案层，其中三氧化钨的电致发光特性能够表现出很好的循环稳定性，例如经过300次循环后仍能保持超过85％的颜色对比度。在电致变色层303中还可以内置电流放大电路，以用于对微小电流进行放大，从而驱动电致变色层303进行有效的发光。需要说明的是：电流放大电路的技术已经相对成熟，因此这里不再赘述。
图7示出了采用三氧化钨电致变色层303的电致变色模块30的多项性能曲线。其中：图a为三氧化钨薄片的循环伏安曲线，其示出了在20、50和100mV/s的扫描速率下电压在-0.5～0.8V的循环伏安曲线；图b为在-2V和+2V的偏置电压下电致变色部分着色和去着色过程的紫外可见光谱图；图c为在632.8nm波长下测量的色彩转换行为，其中的插图是单个转换周期的放大图；图d为在超过300次循环后的循环稳定性示意图；图e为在632.8nm波长下的光学密度和载流子密度的测试图，其着色效率为27.94cm2/C；图f为在632.8nm波长下通过透射率进行的电致变色保色能力测试效果图。
本公开示例性实施方式所提供的压力可视化装置，通过将压电模块20的每个压电单元200与电致发光模块30的电致发光单元300对应相连，在使用时可将任一侧水凝胶贴附至检测对象的表面，随着检测对象的表面压力变化，压电模块20中就会因压电效应而产生电流，且压力越大电流就越大，该电流传输至电致变色模块30就会激发电致变色层303根据电流的位置进行发光变色，并对压电层203处产生压力的路径或图案进行记录。其中，如果检测对象产生的压力较小，压电模块20仅能产生微弱的电流，此时设置在电致变色层303内的电流放大电路就会对该部分微弱的电流进行放大，放大后的电流足以激发电致变色层303进行发光变色，从而对压电层203处产生压力的路径或图案进行记录。示例的，当对压电模块20的表面施加局部压力例如一五边形压力时，其可在压电模块20的边缘产生压电极化电荷，从而导致体系中电流的运输，最后通过电致变色模块30的颜色变化而表现出来。图8示出了压电模块20中压电单元200的分布效果图以及不同压力作用下电致变色模块30显示出的图案印记，例如一五边形物体产生的压力经过电流放大作用之后显示出的图案印记。图9示出了图案印记的增强比例与外加压力的线性关系示意图，例如外加压力从0增加到120.20Mpa时该五边形图案印记从0增加到900％的线性图。应当理解的是，图9的线性关系仅仅是一个示例，在实际应用中，根据具体采用的结构和/或材料，图案印记的增强比例与外加压力之间也可以满足其他函数关系。
本示例实施方式还提供了一种压力可视化装置的制备方法，可用于制备上述的压力可视化装置。如图10所示，该压力可视化装置的制备方法可以包括：
S1、如图11所示，在玻璃基板01上方依次形成柔性衬底层即柔性衬底10、第一电极201、以及树脂层60，并对树脂层进行图案化处理，以得到位于第一区域10a的槽孔601和位于第二区域10b的树脂保留层602；
其中，第一区域10a和第二区域10b相邻设置，第一电极201可以平铺在整个柔性衬底10的表面、或者仅设置在第一区域10a。
S2、如图12所示，在槽孔601中依次形成压电层203和第二电极202，并在第二电极202的上方形成第一贴附层40；
其中，第二电极202可以包括多个独立的电极块，压电层203可以包括与第二电极202的多个电极块相对应的多个独立的压电层单元。
S3、如图13所示，在树脂保留层602的上方依次形成第三电极301、电致变色层303、离子传输层304、以及第四电极302；
其中，第二电极202与第三电极301之间电连接，第三电极301可以包括多个独立的电极块，第四电极302可以为透明板状电极、或者包括多个电连接的透明块状电极，电致变色层303可以包括与第三电极301的多个电极块相对应的多个独立的电致变色层单元，离子传输层304可以包括整层离子传输层、或者包括多个独立的离子传输层单元。
S4、如图14所示，自玻璃基板01与柔性衬底层即柔性衬底10的界面处剥离柔性衬底层，并在柔性衬底层的剥离面即原先设有玻璃基板01的表面上形成第二贴附层50；
其中，第一贴附层40和第二贴附层50均可贴附在测试对象的表面，以用于感应测试对象表面的压力变化。
基于此，所述第一区域10a可用于设置压电模块20，该压电模块20可以包括多个由第一电极201、第二电极202、以及二者之间的压电层203构成的压电单元200，所述第二区域10b可用于设置电致变色模块30，该电致变色模块30可以包括多个由第三电极301、第四电极302、以及二者之间的电致变色层303和离子传输层304构成的电致变色单元300。
本公开示例性实施方式所提供的压力可视化装置的制备方法，通过在柔性衬底10的一侧形成压电模块20和电致变色模块30，以及位于压电模块20外侧的第一贴附层40，并在柔性衬底10的另一侧形成第二贴附层50，同时保持压电模块20和电致变色模块30之间的电性连接，这样即可将压电模块20感应到的压力信号转换为电信号，再在该电信号的控制下激发电致变色模块30发光变色，其不仅可以实现对压力的检测，还能将检测到的压力即时进行可视化显示。这样一来，由此制得的压力可视化装置无需外接显示设备便可即时显示压力信号曲线，从而实现压力信号的可视化。此外，由于压电模块20和电致变色模块30集成设置在柔性衬底10之上，因此该压力可视化装置还具有小巧便携的优点。
本示例实施方式中，所述压电模块20在柔性衬底10上的占用面积即第一区域10a的面积与所述电致变色模块30在柔性衬底10上的占用面积即第二区域10b的面积的总和可以等于柔性衬底10的表面面积，且第一区域10a的面积与第二区域10b的面积例如可以完全相等。
下面结合附图对本示例实施方式提供的压力可视化装置的制备方法进行具体的描述。
在步骤S1中，在玻璃基板01上方依次形成柔性衬底层即柔性衬底10、第一电极201、以及树脂层60，并对树脂层进行图案化处理，以得到位于第一区域10a的槽孔601和位于第二区域10b的树脂保留层602。
其中，柔性衬底层例如可以采用聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)等材料，第一电极201例如可以为ITO电极，树脂层60例如可以采用SU-8负性光刻胶，其可适用于制备深宽比较高的微结构。
示例的，如图15所示，本步骤可在玻璃基板01上方依次形成柔性衬底层例如PI层和第一电极201例如ITO层，然后采用涂覆工艺在第一电极201上方形成一层树脂层60例如SU-8负性光刻胶，并在树脂层60的一侧例如左侧区域制备用于容纳压电模块20的槽孔601，该左侧区域的实际面积可根据不同需求而定，其长度优选不超出柔性衬底10总长度的一半，以便于折叠使用。其中，所述槽孔601的形成过程可以通过掩模板90对树脂层60进行曝光并对曝光后的树脂层60显影，从而得到对应掩模板透光区域901的槽孔601以及对应掩模板非透光区域902的树脂保留层602，且该槽孔601穿透树脂层60，其深度应当足以制备后续的压电层203和第二电极202等图案层。
在步骤S2中，在槽孔601中依次形成压电层203和第二电极202，并在第二电极202的上方形成第一贴附层40。
其中，压电层203例如可以采用氧化锌纳米线形成的薄膜，第二电极202例如可以为多个ITO电极块，第一贴附层40例如可以采用水凝胶。在形成压电层203之前，还可以在槽孔601中的第一电极201上方形成导电层204例如金导电层，且该导电层204可以包括与第二电极202的多个电极块相对应的多个独立的导电块。
需要说明的是：第二电极202与第三电极301之间需要电连接，且二者可以采用相同的材料，因此第二电极202和第三电极301可以分别制备，也可以同时制备。考虑到制备工艺的简化，本实施例优选通过一次构图工艺同时形成第二电极202与第三电极301。
示例的，如图16所示，本步骤可在槽孔601露出的第一电极201上方依次形成导电层204例如金导电层和压电层203例如氧化锌纳米线膜层，然后在树脂层60的另一侧例如右侧区域制备用于容纳电致变色模块30的第三电极301的凹槽603，其具体可以通过掩模板90对右侧区域的树脂保留层602进行曝光并对曝光后的树脂保留层602显影，从而得到对应掩模板透光区域901的凹槽603，该凹槽603的下表面可与压电层203的上表面齐平。在此基础上，在整个基板的表面制备电极层例如ITO电极层，其中对应左侧区域形成的电极为第二电极202、对应右侧区域形成的电极为第三电极301。最后再在第二电极202的上方形成第一贴附层40例如水凝胶，从而完成压电模块20的制备。
其中，水凝胶可以利用ACC纳米粒子、PAA和海藻酸钠通过物理交联而制得。其中，ACC具有可变性、可塑性、可控性等性能；海藻酸钠可在温和条件下快速形成凝胶，由于ACC中存在Ca2+，G单元上的Na+可与二价阳离子发生离子交换反应，G单元堆积形成交联网络结构，从而快速形成水凝胶；而PAA能与Ca2+形成稳定的化合物，以使水凝胶的结构更加稳定。需要说明的是：关于水凝胶作为贴附层材料的优势以在上文中进行了详细的说明，因此这里不再赘述。
在步骤S3中，在树脂保留层602的上方依次形成第三电极301、电致变色层303、离子传输层304、以及第四电极302。
其中，第三电极301例如可以为多个ITO电极块，第四电极302例如可以为ITO板状电极或者多个电连接的ITO块状电极，电致变色层303例如可以为与第三电极301的多个电极块相对应的三氧化钨图案层，且三氧化钨图案层中还可以形成电流放大电路，离子传输层304例如可以为包含锂离子Li+的整层离子传输层304或者多个独立的离子传输层单元。考虑到电极的防护，在第四电极302的上方还可以形成保护层305例如PDMS树脂层。
需要说明的是：由于第三电极301与第二电极202可以同时形成，且其形成过程已经在上一步骤中进行了详细的描述，因此本步骤对于第三电极301的形成过程不再赘述。当然，第三电极301也可以不与第二电极202同时形成，例如上一步骤仅形成第二电极202，本步骤再形成第三电极302。
示例的，如图17所示，本步骤可在第三电极301例如ITO电极上方依次形成电致变色层303例如三氧化钨图案层、离子传输层304例如包括锂离子Li+的整层离子传输层304、第四电极302例如ITO电极、以及保护层305例如PDMS树脂层，从而完成电致变色模块30的制备。其中，在电致变色层303例如三氧化钨图案层的内部还可以形成电流放大电路，以用于对微小电流进行放大，从而驱动电致变色层303进行有效的发光。需要说明的是：电流放大电路的技术已经相对成熟，这里不再赘述。
在步骤S4中，自玻璃基板01与柔性衬底层即柔性衬底10的界面处剥离柔性衬底层，并在柔性衬底层的另一侧形成第二贴附层50。
其中，第二贴附层50例如可以为水凝胶，该水凝胶与第一贴附层40采用的水凝胶可以具有相同的成分，其可以利用ACC纳米粒子、PAA和海藻酸钠通过物理交联而制得。
示例的，如图18所示，本步骤可采用激光剥离技术将玻璃基板01与柔性衬底10相剥离，然后在柔性衬底10下方形成第二贴附层50例如水凝胶，从而完成压力可视化装置的制备。
基于上述方法制得的压力可视化装置，可将任一侧水凝胶贴附至检测对象的表面，随着检测对象的表面压力变化，压电模块20中就会因压电效应而产生电流，且压力越大电流就越大，该电流传输至电致变色模块30就会激发电致变色层303根据电流的位置进行发光，并对压电层203处产生压力的路径或图案进行记录。其中，如果检测对象产生的压力较小，压电模块20仅能产生微弱的电流，此时设置在电致变色层303内的电流放大电路就会对该部分微弱的电流进行放大，放大后的电流足以激发电致变色层303进行发光，从而对压电层203处产生压力的路径或图案进行记录。
需要说明的是：所述压力可视化装置的制备方法可根据实际情况进行相应的调整，但只要能形成本示例实施方式所提供的压力可视化装置，均应在本发明的保护范围之内。
本示例实施方式还提供了一种包括上述压力可视化装置的检测设备，该检测设备可以为医疗检测设备，例如血压计或者心电监测仪。当然，该检测设备还可以应用于除医疗领域之外的其它领域，本实施例对此不作具体限定。在此基础上，考虑到该检测设备的便携性，基于所述压力可视化装置的结构，通过增加相应的穿戴连接件便可将其设置为可穿戴设备，从而方便例如心电监测仪等医疗设备的随时使用。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。

Claims (21)

1.一种压力可视化装置，其特征在于，包括柔性衬底，位于所述柔性衬底的一表面上且相邻设置的压电模块和电致变色模块，位于所述压电模块背离所述柔性衬底一面的第一贴附层，以及位于所述柔性衬底的另一表面上的第二贴附层；
所述压电模块包括多个压电单元，所述压电单元包括靠近所述柔性衬底的第一电极、远离所述柔性衬底的第二电极、以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的压电层；
所述电致变色模块包括多个电致变色单元，所述电致变色单元包括靠近所述柔性衬底的第三电极、远离所述柔性衬底的第四电极、以及位于所述第三电极和所述第四电极之间的电致变色层和离子传输层；
其中，所述第二电极与所述第三电极之间电连接，所述第四电极为透明电极。
2.根据权利要求1所述的压力可视化装置，其特征在于，所述压电模块在所述柔性衬底上的占用面积与所述电致变色模块在所述柔性衬底上的占用面积的总和等于所述柔性衬底的表面面积。
3.根据权利要求1所述的压力可视化装置，其特征在于，所述第一贴附层和所述第二贴附层的材质均包括水凝胶。
4.根据权利要求3所述的压力可视化装置，其特征在于，所述水凝胶由无定形碳酸钙纳米粒子、聚丙烯酸、以及海藻酸钠通过物理交联而得。
5.根据权利要求1所述的压力可视化装置，其特征在于，所述第二电极与所述第三电极同层设置且具有相同的材质。
6.根据权利要求1所述的压力可视化装置，其特征在于，还包括位于所述电致变色模块背离所述柔性衬底一侧的保护层。
7.根据权利要求6所述的压力可视化装置，其特征在于，所述保护层包括透明树脂层，所述透明树脂层的材料包括聚二甲基硅氧烷。
8.根据权利要求1-7任一项所述的压力可视化装置，其特征在于，所述压电模块还包括位于所述第一电极与所述压电层之间的导电层，所述压电层包括氧化锌纳米线。
9.根据权利要求1-7任一项所述的压力可视化装置，其特征在于，所述电致变色层包括三氧化钨图案层，所述三氧化钨图案层中设有电流放大电路。
10.一种压力可视化装置的制备方法，其特征在于，包括：
在玻璃基板的上方依次形成柔性衬底层、第一电极、以及树脂层，并对所述树脂层进行图案化处理，以得到位于第一区域的槽孔和位于第二区域的树脂保留层，所述第一区域和所述第二区域相邻设置；
在所述槽孔中依次形成压电层和第二电极，并在所述第二电极的上方形成第一贴附层；
在所述树脂保留层的上方依次形成第三电极、电致变色层、离子传输层、以及第四电极；所述第三电极与所述第二电极电性连接，所述第四电极为透明电极；
自所述玻璃基板与所述柔性衬底层的界面处剥离所述柔性衬底层，并在所述柔性衬底层的剥离面上形成第二贴附层；
其中，所述第一区域用于设置压电模块，所述压电模块包括多个由所述第一电极、所述第二电极、以及所述压电层构成的压电单元；所述第二区域用于设置电致变色模块，所述电致变色模块包括多个由所述第三电极、所述第四电极、所述电致变色层和所述离子传输层构成的电致变色单元。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述第一区域的面积与所述第二区域的面积的总和等于所述柔性衬底层的表面面积。
12.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述第一贴附层和所述第二贴附层的材质均包括水凝胶。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述水凝胶由无定形碳酸钙纳米粒子、聚丙烯酸、以及海藻酸钠通过物理交联而得。
14.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述第二电极与所述第三电极通过对同一膜层进行同一次构图工艺制备而得；
在形成所述第二电极和所述第三电极之前，所述制备方法还包括：
对所述树脂保留层进行图案化处理，以得到用于形成所述第三电极的凹槽。
15.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
在所述第四电极的上方形成保护层。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述保护层包括透明树脂层，所述透明树脂层的材料包括聚二甲基硅氧烷。
17.根据权利要求10-16任一项所述的制备方法，其特征在于，所述压电模块还包括形成在所述第一电极与所述压电层之间的导电层，所述压电层包括氧化锌纳米线。
18.根据权利要求10-16任一项所述的制备方法，其特征在于，所述电致变色层包括三氧化钨图案层，所述三氧化钨图案层中还形成有电流放大电路。
19.一种检测设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的压力可视化装置。
20.根据权利要求19所述的检测设备，其特征在于，所述检测设备包括血压计或者心电监测仪。
21.根据权利要求19所述的检测设备，其特征在于，所述检测设备为可穿戴设备。
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