[發明專利]一種微圖案化的柔性觸覺傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201711120231.6
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107748024A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 朱玲;房菲兒;張靜;王威
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16
• 代理公司: 深圳市深聯知識產權代理事務所(普通合伙)44357
• 代理人: 趙文曲

技術領域

本發明涉及皮膚觸覺傳感器技術領域，具體涉及一種微圖案化的柔性觸覺傳感器及其制備方法。

背景技術

觸覺是人與外界環境直接接觸時的重要感覺功能，柔性觸覺傳感器是實現電子皮膚技術的關鍵技術，其目的是模擬人類的感知能力，擁有卓越的發展前景。

目前，隨著微電子技術的發展和各種有機材料的出現，已經提出了多種多樣的柔性觸覺傳感器的研制方案，但目前大都屬于實驗室階段，達到產品化的不多。

隨著智能穿戴式電子設備變得越來越流行，在生產和研發過程中，其大量的工作一直致力于實現以滿足智能穿戴式電子設備所需的高靈敏度的柔性觸覺傳感器。觸覺傳感器是一種能有效感知周圍環境的傳感器，它通常有很廣的檢測范圍，單目前應用于該行業的觸覺傳感器，反應緩慢，靈敏度不高，從而制約著智能穿戴式電子設備行業的發展。

因此，利用新型微結構的電子材料以實現高性能的觸覺傳感器是目前非常有意義，及亟待解決的課題。

發明內容

本發明為了解決現有技術存在的上述問題，提供了一種微圖案化的柔性觸覺傳感器及其制備方法，以解決現有柔性觸覺傳感器靈敏度低，檢測能力受限的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種微圖案化的柔性觸覺傳感器，包括若干個壓力傳感單元；所述壓力傳感單元由兩片柔性且可伸縮的基板、相對設置于兩片基板之間并分別與基板的內表面相連的兩片電極，以及設置于兩片電極之間的介電層組成；所述基板的內表面采用微圖案處理設有荷葉微圖案，所述基板材質為聚二甲硅氧烷；所述介電層由若干聚苯乙烯微球組成，所述介電層和電極與基板之間分別通過范德華力相貼合以實現封裝；各壓力傳感單元利用等離子體處理機采用電極像素處理以形成呈設定面積的傳感器陣列。

作為本發明的進一步優選技術方案，所述基板的尺寸為長0.8cm、寬0.8cm、厚0.01cm。

作為本發明的進一步優選技術方案，所述電極為黃金材質的金電極，所述金電極的所采用的金顆粒尺寸為120nm。

本發明還提供了一種微圖案化的柔性觸覺傳感器的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1，制造柔性、可伸縮的，且內表面上具有荷葉微圖案的兩片基板；

步驟S2，按照傳感器陣列中各壓力傳感器單元的分布位置，將電極分別設置于兩片基板的內表面；

步驟S3，將聚苯乙烯微球設置于電極表面；

步驟S4，將兩片基板相疊合，以使得各壓力傳感器單元的兩片電極一一對應相貼合，且兩片基板之間利用聚二甲硅氧烷分子間的范德華力相貼合以實現封裝。

作為本發明的進一步優選技術方案，所述步驟S1中制造柔性、可伸縮的，且內表面上具有荷葉微圖案的兩片基板的具體步驟包括：

步驟S11，將固化劑與堿基單體充分混合，以制備聚二甲硅氧烷的預聚體，其中固化劑與堿基單體的重量比為10∶1；

步驟S12，將預聚體在室溫下真空中脫氣10分鐘去除氣泡，以得到聚二甲硅氧烷的混合溶液；

步驟S13，將混合溶液旋涂到預清洗過的荷葉葉面上，并在70℃下固2小時化以制得柔性且可伸縮的具有微型圖案的基板，其中旋涂轉速為400rpm。

作為本發明的進一步優選技術方案，所述步驟S2中將電極分別設置于兩片基板的內表面具體包括：

通過掩膜版濺射納米金顆粒于基板的內表面，并將納米金顆粒凝結成型；

掩膜版濺射以形成所采用的金顆粒尺寸為120nm的電極，其中，所述納米金顆粒的尺寸為120nm。

作為本發明的進一步優選技術方案，所述步驟S3中聚苯乙烯微球采用旋涂法涂設于電極表面以形成電介質，所述旋涂轉速為200rpm。

本發明的微圖案化的柔性觸覺傳感器及其制備方法可以達到如下有益效果：

本發明的微圖案化的柔性觸覺傳感器，通過包括若干個壓力傳感單元；所述壓力傳感單元由兩片柔性且可伸縮的基板、相對設置于兩片基板之間并分別與基板的內表面相連的兩片電極，以及設置于兩片電極之間的介電層組成；所述基板的內表面采用微圖案處理設有荷葉微圖案，所述基板材質為聚二甲硅氧烷；所述介電層由若干聚苯乙烯微球組成，所述介電層和電極與基板之間分別通過范德華力相貼合以實現封裝；各壓力傳感單元利用等離子體處理機采用電極像素處理以形成呈設定面積的傳感器陣列，使得本發明的微圖案化的柔性觸覺傳感器具有以下優點：

1、采用了天然荷葉上的微型結構，應用該微型結構使得柔性觸覺傳感器表面會更粗糙，接觸點更多，從而提高了傳感精度；