[發(fā)明專利]一種觸滑覺傳感器及其制備方法

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• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN110108395A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張旻;肖聿翔
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01P3/52;G01P13/00;B32B3/30;B32B27/28;B32B27/36;B32B27/08;B32B9/00;B32B9/04;B32B27/30;B32B7/12;B32B3/24;B32B33/00
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

1.一種觸滑覺傳感器，其特征在于,包括緊密組合在一起的5層結(jié)構(gòu)，按照從下往上的順序，第1層為底面覆蓋導(dǎo)電材料的有機高分子薄膜，第2層為中心具有一個凹槽的有機材料，所述凹槽的開口朝向第1層并且所述凹槽內(nèi)部均勻分布著高度等于凹槽深度的凸起陣列，第2層的除了所述凹槽之外的區(qū)域與第1層緊密連接在一起，所述凹槽內(nèi)部的凸起陣列與第1層表面接觸，并且在傳感器受到剪切力作用時發(fā)生分離，第3層為有機高分子薄膜，第4層為絕緣薄膜，所述絕緣薄膜上表面均勻分布有多個壓阻薄膜，第5層為上底面小于下底面的圓臺結(jié)構(gòu)，其中所述第1層和所述第3層為駐極體，所述第2層的有機材料上表面的幾何中心、所述第3層的有機高分子薄膜的幾何中心、所述第4層的多個壓阻薄膜的分布中心以及所述第5層的圓臺結(jié)構(gòu)的圓心對齊。

2.如權(quán)利要求1所述的觸滑覺傳感器，其特征在于,所述凹槽為圓形的凹槽，所述第3層為圓形的有機高分子薄膜。

3.如權(quán)利要求2所述的觸滑覺傳感器，其特征在于,所述第3層的圓形有機高分子薄膜的直徑不大于第2層的圓形凹槽的直徑。

4.如權(quán)利要求1至3任一項所述的觸滑覺傳感器，其特征在于,所述凸起陣列為半球凸起結(jié)構(gòu)、金字塔凸起結(jié)構(gòu)、圓錐凸起結(jié)構(gòu)、棱柱凸起結(jié)構(gòu)、圓臺凸起結(jié)構(gòu)、棱臺凸起結(jié)構(gòu)中的任一種結(jié)構(gòu)或多種結(jié)構(gòu)組合的陣列。

5.如權(quán)利要求1至4任一項所述的觸滑覺傳感器，其特征在于,所述凸起陣列為多重環(huán)形分布的凸起陣列。

6.如權(quán)利要求1至5任一項所述的觸滑覺傳感器，其特征在于,所述第2層的有機材料的厚度大于所述凸起陣列的高度并且小于等于所述凸起陣列的高度的3倍。

7.如權(quán)利要求1至6任一項所述的觸滑覺傳感器，其特征在于,所述多個壓阻薄膜為四個等面積的壓阻薄膜。

8.如權(quán)利要求1至7任一項所述的觸滑覺傳感器，其特征在于,具備以下配置中的一種或多種：

所述第1層的有機高分子薄膜材料選用FEP、PET或PTFE；

所述第1層的導(dǎo)電材料選用銅、銀或鋁，厚度為2微米至200微米；

所述第2層的有機材料為PDMS或ecoflex；

所述第3層的有機高分子薄膜材料為PET；

所述第4層的絕緣薄膜的材料為PDMS或ecoflex；

所述第4層的壓阻薄膜的材料為激光誘導(dǎo)多孔石墨烯或碳納米管；

所述第4層的壓阻薄膜的壓阻區(qū)域為蛇形圖案；

所述第5層的圓臺結(jié)構(gòu)的材料為PDMS或ecoflex。

9.一種使用如權(quán)利要求1至8任一項所述的觸滑覺傳感器測量觸滑覺的方法，其特征在于,當(dāng)滑動物體與所述觸滑覺傳感器的第5層圓臺結(jié)構(gòu)接觸時，所述圓臺結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)彎，并使得第1層和第3層的駐極體材料之間的間距發(fā)生變化，從而在第1層駐極體薄膜的底面的導(dǎo)電材料中靜電感應(yīng)出感生電荷，所述導(dǎo)電材料產(chǎn)生的電流由測試儀器測量，處理器根據(jù)測量得到的電流信號的峰值解算出滑動物體的滑動速度,并根據(jù)測量到的第4層多個壓阻薄膜的電阻值解算出滑動物體的滑動方向；當(dāng)靜態(tài)的空間力作用于所述觸滑覺傳感器的第5層圓臺結(jié)構(gòu)時，第4層的多個壓阻薄膜的阻值發(fā)生變化，通過測試儀器測量多個壓阻薄膜各自的阻值變化率，處理器根據(jù)測量的阻值變化率解算出空間力的x,y,z三軸分量的大小，從而得到空間力的總大小及方向。

10.一種制作如權(quán)利要求1至8任一項所述的觸滑覺傳感器的方法，其特征在于,包括以下步驟：

1)首先準備兩個模具，其中一個模具的上表面為一個凹槽結(jié)構(gòu)，凹槽的內(nèi)底面有一個凸臺，凸臺的高度小于凹槽的深度，凸臺上表面具有均勻分布的小凹槽陣列，并且小凹槽的深度與凸臺的高度相等；另一個模具的上表面為一個圓臺凹槽結(jié)構(gòu)，其中圓臺凹槽的下底面圓的直徑小于其上底面圓的直徑；

2)使用所述兩個模具分別制作第2層結(jié)構(gòu)和第5層結(jié)構(gòu)；

3)制作上表面帶有壓阻薄膜的第4層結(jié)構(gòu)；

4)將第2層結(jié)構(gòu)的下底面與下底面貼覆了導(dǎo)電材料的第1層結(jié)構(gòu)的上底面相粘接；

5)制作第3層結(jié)構(gòu)，與步驟4)制作好的結(jié)構(gòu)的上底面對準后鍵合，并將步驟3)制作的第4層結(jié)構(gòu)的下表面與第3層結(jié)構(gòu)的上表面和第2層結(jié)構(gòu)的上底面未被第3層結(jié)構(gòu)遮擋的部分對準后鍵合；

6)在第4層結(jié)構(gòu)的壓阻薄膜上制作引線，并將步驟2)制作出的第5層結(jié)構(gòu)的下底面與制作好的整個結(jié)構(gòu)對準后粘接在一起。