[發(fā)明專利]電子皮膚及其制作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310507497.1
• 申請(qǐng)日: 2013-10-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104555883A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張珽;熊作平;王學(xué)文;顧楊;谷文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號(hào): B81B3/00
• 分類號(hào): B81B3/00;B82B3/00
• 代理公司: 南京利豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器領(lǐng)域，特別是涉及一種電子皮膚及其制作方法。

背景技術(shù)

作為人類，我們與周圍環(huán)境直接的相互作用是通過(guò)我們的感官和皮膚實(shí)現(xiàn)的，而在人工智能領(lǐng)域，通過(guò)電子方式實(shí)現(xiàn)仿生感觸功能的技術(shù)依然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，電子皮膚的出現(xiàn)和發(fā)展有望對(duì)人工智能領(lǐng)域中仿生感觸功能的實(shí)現(xiàn)起到至關(guān)重要的作用。自從2004年?yáng)|京大學(xué)首次提出OFET電子皮膚以來(lái)，先后有電容式、壓阻式、壓電式等電子皮膚被成功構(gòu)筑。近年來(lái)，隨著納米材料與納米技術(shù)的高速發(fā)展，基于納米材料和納米結(jié)構(gòu)的人造電子皮膚表現(xiàn)出了高的靈敏度、快速的檢測(cè)時(shí)間、高的穩(wěn)定性、多功能等優(yōu)異的性能，甚至其功能已經(jīng)越來(lái)越接近人類皮膚。因此，有望在未來(lái)生物醫(yī)療、人體生理健康監(jiān)測(cè)、人機(jī)交互、觸摸式顯示技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

隨著谷歌眼鏡、蘋(píng)果手表iWatch等概念產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，可穿戴設(shè)備將帶著高靈敏度、低成本、低功耗、攜帶方便以及更加便捷的使用體驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)進(jìn)入公眾的視野，擴(kuò)展著PC與手機(jī)所不具有的功能。通過(guò)和軟硬件科技的深度整合以及高度集成的智能終端，可穿戴設(shè)備在打造智能化個(gè)人生活的同時(shí)也進(jìn)一步建設(shè)著智能城市乃至智能世界，因此將會(huì)給人類的生活方式和消費(fèi)觀念帶來(lái)革命性的變革。未來(lái)的可穿戴設(shè)備種類會(huì)有很多種可能，但會(huì)與傳感技術(shù)相結(jié)合，并將人體作為一種輸入或輸出的方式，最后通過(guò)其自身或通過(guò)手機(jī)APP的方式連接互聯(lián)網(wǎng)，最終實(shí)現(xiàn)人機(jī)智能交互。

具有納米結(jié)構(gòu)、超薄厚度、更輕重量、柔性接近人體皮膚的電子皮膚是構(gòu)筑可穿戴器件最理想的材料。最近世界公認(rèn)的頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Nature上報(bào)道了一種OFET結(jié)構(gòu)的超薄（2μm）電子皮膚，它比羽毛還輕，而且揉搓、伸縮之后依然可用；但該皮膚由于OFET的載流子遷移率低導(dǎo)致工作電壓高，功耗大，靈敏度低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種電子皮膚及其制作方法，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中工作電壓高、功耗大以及靈敏度低的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本申請(qǐng)實(shí)施例公開(kāi)了一種電子皮膚，包括柔性的敏感層，所述敏感層的上表面和下表面至少之一為非平面結(jié)構(gòu)，所述敏感層的上表面和下表面上分別形成有上電極層和下電極層。

優(yōu)選的，在上述的電子皮膚中，所述敏感層的材質(zhì)為聚二甲基硅氧烷(PDMS)，厚度范圍為2～50μm。

優(yōu)選的，在上述的電子皮膚中，所述敏感層的材質(zhì)為高分子材料，所述的高分子材料選自聚苯二甲酸乙二酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮甲醛、聚乙烯中的一種或多種的組合。

優(yōu)選的，在上述的電子皮膚中，所述的敏感層和下電極層之間還設(shè)置有柔性的支撐層。

優(yōu)選的，在上述的電子皮膚中，所述的支撐層為聚乙烯(PE)薄膜，厚度范圍為1～100μm,優(yōu)選為12μm。

優(yōu)選的，在上述的電子皮膚中，所述支撐層材料還可以選自高透明高柔性的聚氯乙烯（PVC）薄膜、聚偏二氯乙烯（PVDC）薄膜中一種或多種的組合。

優(yōu)選的，在上述的電子皮膚中，所述的上電極層和下電極層材質(zhì)選自金、鉑、鎳、銀、銦、銅、碳納米管、石墨烯、銀納米線中的一種或多種的組合。

優(yōu)選的，在上述的電子皮膚中，所述的上電極層和下電極層的電極是通過(guò)蒸鍍或化學(xué)沉積方式形成的。

優(yōu)選的，在上述的電子皮膚中，所述的非平面結(jié)構(gòu)為凸伸的多棱椎體。

優(yōu)選的，在上述的電子皮膚中，所述的每個(gè)椎體的底面為10μm×10μm的正方形，側(cè)面與底面的夾角為54.7°，椎體高度為7.06μm?。

相應(yīng)的，本發(fā)明還公開(kāi)了一種電子皮膚的制作方法，包括：

S1、制作可形成所述非平面結(jié)構(gòu)的模板；

S2、在模板表面形成一層有機(jī)物分子層；

S3、在有機(jī)物分子層上形成敏感層；

S4、在敏感層上形成一層支撐層；

S5、熱處理，將固化后的敏感層和支撐層從模板上剝離；

S6、分別于敏感層的上表面以及支撐層的下表面形成上電極層和下電極層。

優(yōu)選的，在上述的電子皮膚的制作方法中，所述的有機(jī)分子層選自三甲基氯硅烷或全氟辛基三氯硅烷。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明的電子皮膚與新型微納傳感技術(shù)相融合，由于使用了無(wú)毒且生物相容性很好的超薄彈性薄膜材料，故能很好的和人體皮膚融為一體，構(gòu)筑成可穿戴式器件能帶來(lái)超好的用戶體驗(yàn)感；同時(shí)由于敏感材料獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)使得該設(shè)備具有的靈敏度更高、穩(wěn)定性更好；加上整個(gè)器件輕小靈巧具有攜帶方便的優(yōu)點(diǎn)。