[發明專利]一種離子感應式人工皮膚陣列結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201610040742.6
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105671654B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 常龍飛;朱子才;劉炎發;王延杰;胡小品;俞林鋒
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;D04H1/541;D03D15/00;D06M11/11;D06M11/55;B25J11/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生;盧敏

1.一種離子感應式人工皮膚陣列結構，其特征在于：所述人工皮膚陣列結構是由復合電極纖維交叉排列構成的陣列式結構，或是由復合電極纖維和由導電材料制成的柔性纖維電極交叉排列構成的陣列式結構，或是由復合電極纖維編織成的織物結構，或是由復合電極纖維和由導電材料制成的柔性纖維電極混合編織成的織物結構；

其中，所述復合電極纖維由芯層和鞘層構成；所述芯層是由導電材料制成的柔性纖維電極，所述鞘層是由聚電解質制成的柔性纖維電極的包裹層；所述鞘層包裹在芯層的外表面且芯層兩端露出；

所述交叉排列的方式為上下分層式排列，位于同一層的復合電極纖維和/或柔性纖維電極相互平行，上下層之間復合電極纖維和/或柔性纖維電極的排列夾角為10°～90°；

所述柔性纖維電極的徑向長度為10～500μm、軸向長度不低于2cm；所述鞘層的厚度范圍為10～500μm；所述人工皮膚陣列結構的整體厚度不大于2mm；

所述導電材料為金屬材料、碳納米管或碳納米管和石墨烯的混合物；

所述聚電解質為離子交換膜材料、或者中性聚合物與離子液體混合而成的混合材料。

2.根據權利要求1所述的離子感應式人工皮膚陣列結構，其特征在于：所述織物結構為二維經緯型織物結構、三維及多維經緯型織物結構或非經緯型織物結構。

3.根據權利要求1所述的離子感應式人工皮膚陣列結構，其特征在于：所述柔性纖維電極和所述復合電極纖維的截面為圓形、橢圓形或矩形。

4.一種權利要求1～3中任意一項所述人工皮膚陣列結構的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)將導電材料通過電紡絲技術制成柔性纖維電極；或以絲狀物為基，在所述絲狀物上鍍一層導電材料，制成柔性纖維電極；

(2)將聚電解質通過溶液蒸發成膜技術，包裹在柔性纖維電極上形成鞘層，制成復合電極纖維；

(3)將復合電極纖維或將復合電極纖維和柔性纖維電極分層交叉排列成陣列結構，再通過熱壓成形技術將不同層在接觸點處相互壓合，制成離子感應式人工皮膚陣列結構；

或：將復合電極纖維或將復合電極纖維和柔性纖維電極編織成織物結構，再通過熱壓成形技術將不同層在接觸點處相互壓合，制成離子感應式人工皮膚陣列結構；

(4)對步驟(3)制得的離子感應式人工皮膚陣列結構進行后處理以改善性能，即完成制備；所述后處理是首先將步驟(3)所制得的人工皮膚陣列結構在鹽酸或硫酸中進行浸泡，然后再在堿金屬或堿土金屬陽離子溶液中進行浸泡。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：為了調節人工皮膚陣列結構的分辨率、增加人工皮膚陣列結構的拉伸強度，在步驟(3)交叉排列成陣列結構或編織成織物結構的過程中，加入紗線或者絕緣聚合物纖維。

6.一種權利要求1～3中任意一項所述人工皮膚陣列結構的應用，其特征在于：用在仿生機器人、壓力傳感器或穿戴柔性電子器件中。