[發明專利]一種基于環形螺旋纖維的柔性觸覺傳感器單元及制備方法

在審

• 申請號: 202110287216.0
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN112857637A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 趙雨農;潘俊;郭小輝;郭沁文;陳東亮;王威;季芬芬;韓磊;王科
• 申請（專利權）人: 合肥艾創微電子科技有限公司
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;D01F1/09
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 張名列

1.一種基于環形螺旋纖維的柔性觸覺傳感器單元，其特征在于，包括：基底層(1)；

支撐層(2)，覆蓋于所述基底層上；

觸覺傳感層(3)，包括有分布在所述支撐層上的X×Y個環形螺旋纖維單元；

電極層(4)，設于所述支撐層上，用于作為信號輸出引線連接X×Y個環形螺旋纖維單元。

2.根據權利要求1所述的一種基于環形螺旋纖維的柔性觸覺傳感器單元，其特征在于，所述基底層采用織物材料。

3.根據權利要求1所述的一種基于環形螺旋纖維的柔性觸覺傳感器單元，其特征在于，所述支撐層采用橡膠基聚合物材料。

4.根據權利要求1所述的一種基于環形螺旋纖維的柔性觸覺傳感器單元，其特征在于，所述環形螺旋纖維單元包括外螺旋(31)和沿外螺旋的旋度旋進的內螺旋(32)，所述外螺旋與內螺旋的終點以一橫向短纖維(33)進行連接，所述外螺旋的起點以一縱向纖維(34)與所述電極層相連接，所述內螺旋的起點以一橫向纖維(35)與所述電極層相連接。

5.根據權利要求1或4所述的一種基于環形螺旋纖維的柔性觸覺傳感器單元，其特征在于，所述環形螺旋纖維單元包括纖維襯底層和包裹纖維襯底層的橡膠基聚合物層，所述橡膠基聚合物層內填充應變敏感材料。

6.根據權利要求4所述的一種基于環形螺旋纖維的柔性觸覺傳感器單元，其特征在于，所述應變敏感材料選自零維敏感材料、一維敏感材料和二維敏感材料中兩種；所述零維敏感材料選自炭黑顆粒、金納米顆粒、銀納米顆粒、銅納米顆粒、聚苯胺納米顆粒、聚吡咯納米顆粒中的一種；所述一維敏感材料選自碳納米管、碳納米纖維、金納米線、銀納米線、氧化鋅納米線、聚苯胺納米線、聚吡咯納米線、聚苯胺納米纖維中的一種，所述二維敏感材料選自石墨烯納米片、氧化石墨烯納米片、聚苯胺納米片、聚吡咯納米片中的一種。

7.根據權利要求1所述的一種基于環形螺旋纖維的柔性觸覺傳感器單元，其特征在于，所述電極層由交叉垂直排布對所述X×Y個環形螺旋纖維單元進行連接的X條橫向的導電纖維和Y條縱向的導電纖維組成。

8.根據權利要求7所述的一種基于環形螺旋纖維的柔性觸覺傳感器單元，其特征在于，所述導電纖維包括纖維襯底和包裹纖維襯底的橡膠基聚合物，所述橡膠基聚合物內填充導電材料。

9.根據權利要求8所述的一種基于環形螺旋纖維的柔性觸覺傳感器單元，其特征在于，所述導電材料選自炭黑顆粒、金納米顆粒、銀納米顆粒、銅納米顆粒中的至少一種。

10.一種權利要求1-9中任意一項所述的一種基于環形螺旋纖維的柔性觸覺傳感器單元的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

材料準備：將纖維襯底分別在乙醇和去離子水浸泡清洗干凈，室溫干燥后備用；

導電纖維的制備：將導電材料按比例溶于石腦油中，超聲處理0.5-2h，磁力攪拌0.5-2h后加入橡膠基聚合物材料，繼續攪拌處理1-3h，獲得導電復合材料溶液；將纖維襯底放入上述導電復合材料溶液中5-10min，40-60℃下真空干燥，獲得導電纖維；

環形螺旋纖維單元的制備：將應變敏感材料按照比例溶于石腦油中，超聲處理1-3h，磁力攪拌1-3h后加入橡膠基聚合物材料，繼續攪拌處理1-3h，獲得應變敏感材料溶液；將纖維襯底放入環形螺旋狀模具中，在環形螺旋狀模具中注入上述應變敏感材料溶液，40-60℃下真空干燥后從模具中取出，獲得環形螺旋纖維單元；

基于環形螺旋纖維的柔性觸覺傳感器單元的制備：在基底層上制備橡膠基聚合物層，將交叉垂直排布的X×Y個導電纖維放置于橡膠基聚合物層上，再將X×Y個環形螺旋纖維單元放置于橡膠聚合物層上且分布在X×Y個導電纖維中，將環形螺旋纖維單元的兩個起始端分別連接在橫向纖維和縱向纖維上，其中，所述X×Y個導電纖維的引線交叉處采用橡膠基聚合物進行隔離，40-60℃下真空干燥固化后，即制得基于環形螺旋纖維的柔性觸覺傳感器單元。