[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

本發明公開了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，包括基底層、支撐層、觸覺傳感層及電極層，其中所述支撐層覆蓋于所述基底層上；所述觸覺傳感層包括有分布在所述支撐層上的X×Y個環形螺旋纖維單元；所述電極層設于所述支撐層上，用于作為信號輸出引線連接X×Y個環形螺旋纖維單元。本發明所述基于環形螺旋敏感纖維的柔性觸覺傳感器單元具有很大的設計自由度，可根據需要設計不同尺寸和大小的陣列塊，同時針對不同的規則與不規則載體的結構表面排列組裝成可拼接式陣列結構,可擴展為不同類型的觸覺感知陣列,具備更強的可移植性。

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，具體涉及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。

背景技術

近年來，兼具高柔性、大面積、高穩定性特征的觸覺傳感器在機器人電子皮膚、健康監測、人機交互、主從手協同系統等領域受到越來越多的關注，當今智能化社會的發展趨勢對于觸覺感知器件信息獲取的能力提出了更高的要求。目前剛性器件及其系統中使用的金屬箔類壓力傳感器在柔彈性方面難以滿足可貼敷、可穿戴、便攜式等需求，柔性電子皮膚領域的柔性觸覺傳感器具有與人體皮膚友好、可靠、安全的兼容性，使得其被廣泛研究應用。

觸覺傳感器的感知機理包含多種敏感機制或敏感效應，如電阻式、電容式、壓電式等，電阻式觸覺傳感器通過器件電阻值變化，獲得觸覺感知信息，具有信號易收集、器件結構簡單等特點。同時易于大規模集成設計的優勢賦予了其可擴展、大面積的潛力，在系統集成化、器件陣列化和芯片化方面具有廣闊的應用前景。國內外學者針對觸覺傳感器單元及其陣列提出并設計了諸多器件和陣列結構，但很多結構難以兼顧彎曲特性和拉伸特性，同時在靈敏度、檢測下限和穩定性等性能方面存在一定問題，制約了電阻式觸覺傳感器的應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于環形螺旋纖維的柔性觸覺傳感器單元，以克服上述技術問題。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

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，包括：

基底層；

支撐層，覆蓋于所述基底層上；

觸覺傳感層，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，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。

進一步地，所述基底層采用織物材料，所述織物材料選自萊卡織物、棉包氨綸織物、滌綸織物、棉綸織物、錦綸織物、莫代爾、富強纖維織物中的一種。

進一步地，所述支撐層采用橡膠基聚合物材料，所述橡膠基聚合物材料選自硅橡膠、聚二甲基硅氧烷中的一種。

進一步地，所述環形螺旋纖維單元包括外螺旋和沿外螺旋的旋度旋進的內螺旋，所述外螺旋與內螺旋的終點以一橫向短纖維進行連接，所述外螺旋的起點以一縱向纖維與所述電極層相連接，所述內螺旋的起點以一橫向纖維與所述電極層相連接。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，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。