[發明專利]一種柔性傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201910395010.2
• 申請日: 2019-05-13
• 公開（公告）號: CN110017923A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 劉宜偉;李法利;李潤偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: G01L1/20
• 分類號: G01L1/20;G01L1/22;C23C14/58;C23C14/20
• 代理公司: 寧波元為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33291
• 代理人: 趙興華

本發明提供一種柔性傳感器及其制備方法。該柔性傳感器包括柔性基底、電極、液態金屬薄膜，以及柔性封裝層；液態金屬薄膜位于柔性基底上，由表面氧化的液態金屬顆粒組成；柔性封裝層位于液態金屬薄膜表面；電極位于柔性基底上，用于監測液態金屬薄膜某區域間的電信號；在外力作用下，電極之間的電阻由高電阻變化為低電阻，則判斷該外力為傷害性外力。該柔性傳感器能夠感知外界傷害性作用力，將該傳感器集成在電子皮膚中可拓展電子皮膚功能。

技術領域

本發明涉及柔性電子技術領域，尤其涉及一種柔性傳感器及其制備方法

背景技術

隨著機器人、智能假肢等行業的發展，人們對具有高度柔性的類人體皮膚的電子皮膚的需求越來越高。目前人們開發了一系列用于電子皮膚的柔性傳感元件，如壓力、溫度、拉伸等信號的感知元件，電子皮膚的集成度與功能復雜度正逐漸得到提高。

人們一直模仿人體皮膚而設計電子皮膚。人體皮膚所接受的外界信號可以被分為兩大類，對皮膚結構無損傷性的無傷害性信號和對皮膚結構有損傷性的傷害性信號。大量探測無傷害性信號的傳感器分布在真皮層內，而大量監視傷害性信號的傳感器分布在表皮層，用以保護內部的傳感器系統，從而使整個系統穩定工作。

目前，用于探測無傷害性信號的傳感器發展迅速，而用于感知傷害性信號的傳感器很少被實現。因此，提供能夠感知皮膚遭受傷害的傳感器可進一步拓展電子皮膚功能。

發明內容

針對上述技術現狀，本發明旨在提供一種能夠感知外界傷害性作用力的柔性傳感器，將該傳感器集成在電子皮膚中可拓展電子皮膚功能。

為了實現上述技術目的，本發明提供的技術方案為：一種柔性傳感器，包括柔性基底、電極、液態金屬薄膜，以及柔性封裝層；

液態金屬薄膜位于柔性基底上，由表面氧化的液態金屬顆粒組成；

柔性封裝層位于液態金屬薄膜表面；

電極位于柔性基底上，用于監測液態金屬薄膜某區域間的電信號；

在外力作用下，電極之間的電阻由高電阻變化為低電阻，則判斷該外力為傷害性外力。

所述的柔性基底具有柔性，可發生彎曲、拉伸、扭轉等形變。并且，所述柔性基底不浸潤液態金屬，即，液態金屬在該柔性基底表面的接觸角較大，液態金屬顆粒在該柔性基底表面呈島狀，即，無法平鋪展開形成覆蓋層。

所述的柔性基底材料不限，包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、PU、PI、PET、PVC等。

所述的液態金屬包括但不限于鎵(Ga)、鎵(Ga)-銦(In)合金、鎵(Ga)-銦(In)-錫(Sn)合金，以及過渡金屬、固態非金屬元素的一種或多種摻雜的鎵、鎵銦合金、鎵銦錫合金等。

所述電極具有良好的導電性。所述電極材料不限，包括液態金屬與固態金屬等。

作為優選，所述的液態金屬薄膜中，表面氧化的液態金屬顆粒相互連接。

作為優選，所述電極為柔性電極，可發生彎曲、拉伸、扭轉等形變，在形變條件下均為優良導體。

為了提高對傷害性外力的探測靈敏度，所述電極采用陣列分布，以提高電極分布密度，從而提高電極對液態金屬薄膜各區域的導電性監測。所述電極陣列材料不限，包括液態金屬、銀納米線、銅納米線、石墨烯、碳納米管等。

所述的柔性封裝層具有柔性，可發生彎曲、拉伸、扭轉等形變。所述的柔性封裝層材料不限，包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、PU、PI、PET、PVC等。作為優選，所述柔性封裝層材料采用具有改性自修復的柔性材料，例如改性自修復PDMS、改性自修復PI等。

所述的外力作用形式不限，可以是機械力、壓力、重力等。