[發明專利]一種同時感知壓力與氣敏的柔性電子皮膚及其制備方法

有效

• 申請號: 201810230663.0
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108593167B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 吳從義;曾大文;唐興;王曉夏
• 申請（專利權）人: 武漢鉑納智感科技有限公司
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;G01L5/00
• 代理公司: 42224 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 李佑宏

本發明公開了提供了一種同時感知壓力與氣敏的柔性電子皮膚，包括下基底，電極，敏感材料，上基底；導電電極設于下基底上；敏感材料設于電極上，所述敏感材料為柔性附著層上生長的氣敏材料，用于同時檢測壓力和氣敏；上基底設于敏感材料上，該電子皮膚能在一個數據信號中同時感知壓力刺激和氣敏刺激，兩種刺激之間沒有干擾；通過獨特的制備工藝將敏感材料生長在柔性材料上，再按照特定的制作方式制作該多功能柔性電子皮膚，傳感器的力的測試性能優異，性能穩定，氣敏性能優異，靈敏度高，重復性好，傳感器制作方法簡單，材料來源簡單且價格低廉。

技術領域

本發明屬于傳感器領域，具體涉及一種同時感知壓力與氣敏的柔性電子皮膚及其制備方法。

背景技術

機器人，它的任務是協助或取代人類工作，例如生產業、建筑業，或是危險的工作。通過各類傳感器集成，機器人實現了諸如視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等功能。但是，如何像人類一樣在一個器官中同時擁有多種感知功能，一直以來都是機器人系統所面臨的挑戰性問題之一。

電子皮膚的誕生為解決這一問題提供了有效的解決路徑，其結構簡單，可被加工成各種形狀，能像衣服一樣附著在設備表面，能夠讓機器人感知到物體的地點和方位以及硬度等信息。盡管報道了各式各樣的多功能電子皮膚，但都是單一傳感器獨立檢測后集成的，一個數據信號只是一種感知信息，例如將單一的氣敏傳感器與單一的壓力傳感器集成，分兩個信號同時感知氣敏與壓力信息。嗅覺和觸覺作為肌體重要的感知方式，很難在一個信號中同時感知，因為氣敏材料多為金屬氧化物半導體和少數高分子，這些材料的應變極限不高，在基底發生小變形時會因為材料本身的結構被破壞而喪失氣敏性能。因此，盡管研發難度大，但非常有必要研發一種具備多感知能力的多功能電子皮膚，在一個信號中同時感知不同類型的刺激。

發明內容

針對現有技術以上缺陷或改進需求中的至少一種，本發明提供了一種同時感知壓力與氣敏的柔性電子皮膚及其制備方法，解決了現有電子皮膚不能在一個信號中同時感知壓力與氣敏的問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種同時感知壓力與氣敏的柔性電子皮膚，包括下基底和/或上基底，電極以及敏感材料；

若存在所述下基底，則導電的所述電極設于所述下基底上；

所述敏感材料設于所述電極上，所述敏感材料為柔性附著層上生長的氣敏材料，用于同時檢測壓力和氣敏；若存在所述上基底，則所述上基底設于所述敏感材料上。

優選地，所述柔性附著層為無塵布，所述氣敏材料為聚苯胺，所述敏感材料為無塵布上生長的聚苯胺，用于同時檢測壓力和不同濃度的NH₃。

優選地，所述氣敏材料由所述聚苯胺置換為包括金屬氧化物半導體或高分子半導體的其他氣敏半導體材料，從而檢測其他氣體成分。

優選地，所述柔性附著層由所述無塵布置換為包括PDMS、柔性無機材料、柔性高分子材料之一的其他柔性材料。

優選地，所述下基底為透氣無紡膠布，其粘接面朝上；

或者所述下基底還可以是包括棉布、滌綸布、剛性網之一或其組合的、不影響傳感器功能的其他透氣材料。

優選地，所述電極為導電膠布，其粘接面朝下；

或者所述電極還可以是包括金、鉑、銀、鎳、銅、碳納米管、石墨烯任意組合成的高導電性的復合材料。

優選地，所述上基底為薄紗布；

或者所述上基底還可以是包括棉布、滌綸布、剛性網之一或其組合的、不影響傳感器功能的其他透氣材料。

為實現上述目的，按照本發明的第二方面，提供了一種如前所述的同時感知壓力與氣敏的柔性電子皮膚的制備方法，以無塵布上生長的聚苯胺作為敏感材料為例，包括以下步驟：