[發(fā)明專利]一種真皮基柔性壓力傳感器的制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110089095.9
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112903146B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏大鵬;楊俊;臺國君
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務(wù)所(普通合伙) 50211
• 代理人: 郭麗

本發(fā)明公開一種真皮基柔性壓力傳感器的制備方法及應(yīng)用，該方法包括：將真皮材料作為柔性基底，通過紡絲技術(shù)制備電極層和介電層，將器械封裝得到傳感器；其中，電極層為直徑0.15?10μm的Ag纖維，Ag纖維的厚度與微結(jié)構(gòu)的長度之比為2:5～2:3；介電層包括兩層聚合物纖維以及兩層纖維之間的ZnO層，聚合物纖維直徑為0.15?10μm、厚度為4?15μm，ZnO層厚度小于1μm。本發(fā)明制備的柔性壓力傳感器，直接采用真皮作為柔性基底，充分利用真皮具有的微結(jié)構(gòu)同時保留其舒適性、實用性、柔軟性和耐用性；采用紡絲技術(shù)制備電極層和介電層，保護(hù)了真皮及其微結(jié)構(gòu)；纖維狀微結(jié)構(gòu)還能夠?qū)﹄姌O層起固定作用，對介電層起支撐作用，增大柔性傳感器的檢測范圍，提高檢測限度和靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及適用于人工智能的柔性觸覺傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種真皮基柔性壓力傳感器的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

真皮是使用動物皮制作加工而成的一種傳統(tǒng)的材料，質(zhì)地柔軟透氣，可用于制作衣物、家具等物品，具有廣泛的實用性，但是單純的真皮材料不具備檢測壓力的能力，沒有智能性。目前已有將真皮材料作為柔性壓力傳感器的柔性基底，柔性壓力傳感器以真皮作為柔性基底可以與沙發(fā)、鞋等表皮為真皮材料的物品結(jié)合用于檢測坐姿、走姿等，具有廣泛的用途。并且，真皮材料表面具有天然的微結(jié)構(gòu)能提高柔性壓力傳感器的綜合性能，例如提高傳感器的靈敏度、檢測范圍，降低傳感器遲滯。但是目前采用真皮材料直接作為柔性基底的柔性壓力傳感器，鮮有報道；現(xiàn)有應(yīng)用較多的技術(shù)為：將真皮材料作為模板，復(fù)制出仿生薄膜作為柔性基底，例如中國專利申請CN109115282A中所公開。

電容式傳感器結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高，由可變形的介電材料隔開的兩層導(dǎo)電層組成，施加壓力會引起介質(zhì)變形，從而改變結(jié)構(gòu)的電容并計算出壓力的估計值。電容式壓力傳感器在使用過程中，介電層會產(chǎn)生磨損、變形或者在外界環(huán)境作用發(fā)生老化等現(xiàn)象，使其靈敏度不穩(wěn)定，甚至變小。為了追求傳感器的性能，目前電容式傳感器的結(jié)構(gòu)通常設(shè)計復(fù)雜，多層復(fù)雜的結(jié)構(gòu)會覆蓋或減弱真皮材料表面的纖維微結(jié)構(gòu)，從而影響得到的柔性壓力傳感器的靈敏度和檢測范圍。

此外，現(xiàn)有制備電容式柔性壓力傳感器的工藝中，通常采用噴涂濺射、激光直寫等工藝方法在基底薄膜上制備結(jié)構(gòu)層(例如絕緣層、電極層)，然而噴涂濺射、激光直寫的工藝方法會不適用于以真皮材料作為基底的電容式柔性壓力傳感器制備，因為這些工藝方法會對真皮材料造成傷害，還會對真皮材料表面的微結(jié)構(gòu)造成破壞。另外現(xiàn)有相對復(fù)雜的制備過程會造成真皮材料產(chǎn)生退化現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決上述存在的至少部分技術(shù)問題，提供一種真皮基柔性壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟：

S1，裁取真皮并預(yù)處理：將裁取的真皮材料進(jìn)行預(yù)處理，作為傳感器的柔性基底，所述真皮材料一面具有纖維狀微結(jié)構(gòu)；

S2，電極層的制備：S21，將Ag流體與有機高分子材料，在水浴加熱下充分?jǐn)嚢杈鶆颍玫交旌先芤海籗22，將步驟S21獲得的混合溶液經(jīng)紡絲技術(shù)在所述柔性基底上紡制出直徑為0.15-10μm的Ag纖維，且Ag纖維的厚度與所述纖維狀微結(jié)構(gòu)的長度之比為2:5～2:3；S23，在紡有Ag纖維的柔性基底背面用吸力機均勻地將Ag纖維吸附在柔性基底上，使Ag纖維與柔性基底的纖維狀微結(jié)構(gòu)進(jìn)一步纏繞固定；S24，將步驟S23中紡有Ag纖維的柔性基底放置到干燥箱中，將Ag纖維烘干固化，增強其強度，并進(jìn)一步將Ag纖維與真皮固定，得到紡有電極層的柔性基底；