[發明專利]電阻式柔性透明關節部位電子皮膚及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410424640.5
• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN105361977B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 朱紅飛;陳立桅;張珽
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: A61F2/10
• 分類號: A61F2/10
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發明公開了一種電阻式柔性透明關節部位電子皮膚及其制備方法和應用。該電子皮膚包括透明柔性襯底，所述襯底上依次設置有第一電極層、飽和高分子材料層以及第二電極層，所述第一、第二電極層中的至少一者為透明導電層，所述透明導電層包含有至少一碳納米管薄膜層，每一碳納米管薄膜層主要由碳納米管陣列組成，所述碳納米管陣列包含沿同一方向擇優取向排列的多根碳納米管。該電子皮膚具有高透光率和柔性易彎曲等優點，且其工作電壓可低至0.5 V，功耗小，穩定、精確度高，響應時間短，且其制備工藝簡單可控，原料廉價易得，成本低廉，可在人工智能仿生，醫療診斷以及人造器官等方面廣泛應用。

技術領域

本發明涉及一種電子皮膚，特別涉及一種基于碳納米管陣列薄膜/飽和高分子復合結構的電阻式柔性透明關節部位電子皮膚及其制備工藝。

背景技術

隨著信息技術的高速發展，日常生活中人們所要處理的信息量越來越大，傳統的剛性電子器件在已經不能滿足人們對電子器件更輕，更快，更小，高度集成化方面的要求。未來電子學的解決途徑在于發展柔性，可變性，人體友好的器件。近年來，柔性(彎曲，拉伸)電子學由于在不同領域，例如仿生機器人的傳感皮膚、可穿戴的通訊器件以及仿生集成器件等方面的應用而受到人們廣泛關注。

電子皮膚、電子肌肉、電子纖維等都代表了一種新，形狀可塑，大面積的集成電子學。研究與人類皮膚敏感性相近的電子皮膚源于制備大面積、多傳感器的表面的需求，這些表面被大量應用于人工智能仿生，醫療診斷，以及取代或代替人類的器官等的應用方面。例如，為機器人提供傳感能力，將會擴展他們的應用范圍，包括：老年人陪護。這些電子皮膚傳感器如果應用在人的皮膚上，將能夠提供高水準的診斷和身體信號監控。

發展柔性電子學最有挑戰性的就是讓柔性器件同時得到好的電學性能和機械穩定性。尤其是，組成柔性集成系統的材料和器件要合理地組合，以便在高應力下充分發揮他們的機械和電學功能。

現有的電子皮膚大都關注于拉伸和壓力傳感，即其主要用于感應拉伸或者擠壓力，而較少能感應剪切力和拉伸力，若應用于探測機械連接點處的活動狀況時，很難平穩和精確地工作，且這類電子皮膚在穩定度有所欠缺，精確度偏低，以及響應時間偏長等缺點。

發明內容

鑒于現有技術的不足，本發明的主要目的在于提供一種具有低成本、高透明、高精度、高穩定性、快速反應的電阻式柔性透明關節部位電子皮膚。

為實現該發明目的，本發明提供的一種電阻式柔性透明關節部位電子皮膚包括透明柔性襯底，所述襯底上依次設置有第一電極層、飽和高分子材料層以及第二電極層，所述第一電極層和第二電極層中的至少一者為透明導電層，所述透明導電層包含有至少一碳納米管薄膜層，每一碳納米管薄膜層主要由碳納米管陣列組成，所述碳納米管陣列包含沿同一方向擇優取向排列的多根碳納米管。

進一步的，所述透明導電層包含有兩個以上碳納米管薄膜層，其中一碳納米管薄膜層內的碳納米管的排列方向與另一碳納米管薄膜層內的碳納米管的排列方向相同或相交叉。

進一步的，所述第一電極層和第二電極層之中的任一者包含有碳納米管薄膜層，另一者主要由金屬、導電氧化物和導電高分子材料中的任一種或兩種以上的組合構成。

本發明的另一目的在于提供一種制備所述電阻式柔性透明關節部位電子皮膚的方法，包括：

提供一第一電極層，所述第一電極層包含至少一碳納米管薄膜層，其中每一碳納米管薄膜層主要由碳納米管陣列組成，所述碳納米管陣列包含沿同一方向擇優取向排列的多根碳納米管；

將所述碳納米管薄膜層暴露在揮發性溶劑氣氛中30s以上，優選為30-60s，再在所述碳納米管薄膜層上涂覆飽和高分子溶液，并在50～150℃退火10min以上，優選為10-50min，形成飽和高分子材料層；

在所述飽和高分子材料層上設置一第二電極層。

進一步的，所述制備方法還可包括：