[發(fā)明專利]一種變色柔性電子皮膚及其制備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811620879.4
• 申請(qǐng)日: 2018-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN109764985A
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐從康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 汕頭大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/20
• 分類號(hào): G01L1/20;G02F1/153
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 曹江;周增元

本發(fā)明涉及一種變色柔性電子皮膚及其制備，制備方法包括：(1)制備PDMS基片；(2)制備具有凸點(diǎn)微結(jié)構(gòu)PDMS；(3)制備導(dǎo)電石墨類薄膜凸點(diǎn)微結(jié)構(gòu)PDMS基片；(4)制備TCO/PDMS對(duì)電極基片；(5)將TCO/PDMS對(duì)電極基片放到導(dǎo)電石墨類薄膜凸點(diǎn)微結(jié)構(gòu)PDMS基片形成電阻式壓力傳感器；(6)制備固態(tài)/膠狀電解質(zhì)；(7)制備柔性ECD；(8)將柔性電致變色器與電阻式壓力傳感集成在一起形成功放電路。本發(fā)明得到的變色柔性電子皮膚是一種仿生變色龍的顏色變化皮膚，有較好的性能通過顏色的變化，可以感受到外界溫度、壓力包括周圍環(huán)境的變化并予以報(bào)警或提示。且制備方法簡(jiǎn)單、高效、成本低，可實(shí)現(xiàn)卷對(duì)卷工業(yè)化生產(chǎn)，可用于自然人、人工智能和機(jī)器人對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及柔性電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種變色柔性電子皮膚及其制備。

背景技術(shù)

隨著智能技術(shù)的日益發(fā)展，其與社會(huì)，人類生產(chǎn)、生活的結(jié)合越來越緊密，對(duì)我們的影響日漸加深，毫無疑問，智能技術(shù)，尤其是電子皮膚在醫(yī)療領(lǐng)域?qū)?huì)大放異彩，比如，通過一些可穿戴設(shè)備植入衣服、皮膚等部位，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)自身生理參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)于人類的健康指數(shù)隨時(shí)做到聯(lián)網(wǎng)并及時(shí)預(yù)測(cè)、報(bào)警等功能。

目前，國(guó)內(nèi)外眾多的科研人員投入到人造電子皮膚開發(fā)中，許多不同類型的柔性電子材料被用來制造具有不同傳感機(jī)制及結(jié)構(gòu)的電子皮膚。在國(guó)內(nèi)，中科院半導(dǎo)體所沈國(guó)震團(tuán)隊(duì)通過靜電紡絲和溶液附著的辦法制造出附著氧化石墨烯的聚偏二氟乙烯膜(PVDF)納米纖維，并通過高度的模塊化材料微加工工藝將此纖維集成到聚二甲基硅氧烷(PMDS)的類皮膚柔性導(dǎo)電襯底上，從而制造出集成了壓力傳感器、光電傳感器以及微型超級(jí)電容器的自供電多功能電子皮膚系統(tǒng)，用于檢測(cè)手臂的外界觸碰及脈搏、心跳等生理參數(shù)。中科院蘇州納米所的張艷科研組通過在導(dǎo)電柔性襯底上生長(zhǎng)氧化鋅納米線簇，開發(fā)了一種可用于檢測(cè)體液中糖份含量的電子皮膚。利用表面酶反應(yīng)，人體液中的糖份可附著于氧化鋅納米線表面，從而改變其壓電特性。通過對(duì)傳感器壓電性質(zhì)表征，建立糖份和輸出壓電信號(hào)的線性關(guān)系，此電子皮膚便可以測(cè)量汗液中的糖濃度。還有一些研究者通過化學(xué)合成辦法制出空心球型導(dǎo)電材料聚苯胺(PANI)，并通過半導(dǎo)體加工工藝和轉(zhuǎn)印工藝將PANI封裝于導(dǎo)電柔性襯底中。利用PANI的壓阻效應(yīng)和負(fù)溫阻效應(yīng)制成電子皮膚，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)壓力傳感和溫度傳感。在國(guó)外，S.Ghosh等通過對(duì)魚膠材料靜電紡絲制成具有高生物兼容性的魚膠納米纖維薄膜，并利用魚膠材料的壓電特性實(shí)現(xiàn)壓力傳感，測(cè)量肢體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。Park等通過半導(dǎo)體加工工藝在柔性PMDS/碳納米管混合材料襯底表面制造多種微結(jié)構(gòu)，并用PMDS做電子皮膚傳感器壓阻傳感單元。當(dāng)被施加外力時(shí)，微結(jié)構(gòu)表面于電極表面的接觸面積發(fā)生變化，而直接影響器件輸出電信號(hào)。通過這種辦法開發(fā)的壓阻式電子皮膚被用來檢測(cè)人體的呼吸頻率、脈搏等生理體征參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種變色柔性電子皮膚，基于仿生自然界變色龍的顏色變化原理，采用柔性壓力傳感器和柔性電致變色器集成形成功放電路控制電子皮膚的顏色變化；用于自然人、人工智能和機(jī)器人對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)；以解決目前制備電子皮膚工藝復(fù)雜，成本較高等技術(shù)問題。

一種變色柔性電子皮膚，主要包括以下步驟：

(1)制備聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片；

(2)制備具有凸點(diǎn)微結(jié)構(gòu)PDMS基片；

(3)將步驟(2)所得凸點(diǎn)微結(jié)構(gòu)PDMS基片進(jìn)行表面活性處理，再放到200℃的加熱板上，將導(dǎo)電石墨類溶液噴散到凸點(diǎn)微結(jié)構(gòu)PDMS基片上得到導(dǎo)電石墨類薄膜凸點(diǎn)微結(jié)構(gòu)PDMS基片；

(4)將步驟(1)所得PDMS基片放到磁控濺射靶材鍍膜機(jī)中，用等離子對(duì)PDMS表面進(jìn)行清潔和活性激活處理，然后鍍上一層TCO薄膜，得到TCO/PDMS對(duì)電極基片；

(5)將步驟(4)所得TCO/PDMS對(duì)電極基片放到步驟(3)所得導(dǎo)電石墨類薄膜凸點(diǎn)微結(jié)構(gòu)PDMS基片形成電阻式壓力傳感器；