[發明專利]新型的電極結構和多功能傳感器陣列及使用他們的多功能傳感裝置

在審

• 申請號: 201710253272.6
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN108726466A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 潘曹峰;化麒麟
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;B81B7/00;B81B7/02
• 代理公司: 北京坤瑞律師事務所 11494
• 代理人: 巫肖南

本發明提供了電極結構陣列、包括該電極結構陣列和傳感器的多功能傳感器陣列以及包括他們的各種傳感裝置。電極結構陣列包括第一電極層和第二電極層，第一電極層包括在該層內平鋪的一個以上彼此平行的具有第一電極圖案的絕緣基底和形成在該基底上的導電層，第一電極圖案包括一個或多個能沿第一方向拉伸的第一可拉伸結構和一個或多個第一接線端，其中第一可拉伸結構與第一接線端交替相連，第二電極層包括在該層內平鋪的一個以上彼此平行的具有第二電極圖案的絕緣基底和形成在該基底上的導電層，第二電極圖案包括一個或多個能沿第二方向拉伸的第二可拉伸結構和一個或多個第二接線端，其中第二可拉伸結構與第二接線端交替相連。

技術領域

本發明涉及一種新型的電極結構或電極結構陣列和基于該電極結構陣列的傳感器陣列，以及包括它們的電子皮膚或可穿戴裝置。

背景技術

人類軀體感覺系統是一個復雜的網絡，它將外界環境刺激通過各種感官受體(機械刺激感受器、溫度感受器、痛覺感受器等)轉化為電脈沖經過神經通路傳導，使人的皮膚可以感受觸覺、溫覺和痛覺等。由機械柔性傳感器網絡組成的電子皮膚已經發展到可以通過監測和量化周圍環境中的各種刺激來模仿人類軀體感覺系統的程度，但目前報告的電子皮膚一般只能對一種或兩種外界刺激進行監測。參見，例如Hammock,M.L.,et al.,25thanniversary article:The evolution of electronic skin(e-skin):a brief history,design considerations,and recent progress.Adv Mater,2013.25(42):p.5997-6038；和Bauer,S.,et al.,25th anniversary article:A soft future:from robots andsensor skin to energy harvesters.Adv Mater,2014.26(1):p.149-61。實現對多重刺激的同時監測是電子皮膚的重要發展趨勢(參見，例如，Chortos,A.and Z.Bao,Skin-inspired electronic devices.Materials Today,2014.17(7):p.321-331)，同時模仿感受器在人體皮膚內的不同密度分布以調控對外界刺激的探測范圍也是非常重要的。

在(電子)可穿戴產品領域，也存在著盡可能輕便和小型的設備中實現對多重刺激或環境信號同時進行傳感和檢測的需求。

因此，本發明的發明人精巧地設計出一種電極結構(陣列)，通過常規的微納加工技術或軟光刻技術等工藝就制備得到了可拉伸、可擴展、可調控的柔性基底，并可以在此基底上集成包括溫度、濕度、光、磁、應力、化學等多種傳感器以同時實現多功能監測和成像，由此解決了對外界多重刺激的監測和成像、探測區域可調控和大面積擴展應用的問題。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供了一種電極結構，包括第一電極層和第二電極層，

第一電極層包括具有第一電極圖案的絕緣基底和形成在該基底上的導電層，第一電極圖案包括能沿第一方向拉伸的第一可拉伸結構和第一接線端，

第二電極層包括具有第二電極圖案的絕緣基底和形成在該基底上的導電層，第二電極圖案包括能沿第二方向拉伸的第二可拉伸結構和第二接線端，并且第二方向不同于第一方向，

其中，第一電極層與第二電極層如下進行疊置，使得第一電極圖案的第一可拉伸結構和第二電極圖案的第二可拉伸結構不發生搭接，而第一接線端與第二接線端部分相交，其中第一接線端與第二接線端在相交處絕緣，而第一接線端與第二接線端各自未相交的部分相對布置，從而形成用于容納并電連接電子器件的節點。

上述的電極結構也可以被認為是一種單元電極結構。單元電極結構在一維或二維方向上的重復就可以構成電極(結構)的陣列。

本發明因此還提供了一種電極結構陣列，包括第一電極層和第二電極層，