[发明专利]传感器及应用其的电子、仿生皮肤及仿生交流通讯设备

说明书

传感器及应用其的电子、仿生皮肤及仿生交流通讯设备，其中传感器包括第一摩擦层和第二摩擦层，其中：第一摩擦层由第一材料与荧光材料的混合材料形成；第二摩擦层由第二材料形成；且第一材料和第二材料处于摩擦电极性序列的不同位置；第一摩擦层和/或第二摩擦层在机械力作用下发生形变，并滑动摩擦或接触/分离摩擦，产生摩擦电势差，以使第一摩擦层中的荧光材料发光，表征机械力的特性。因此本公开采用类似于电致发光的技术和压电光子学技术形成传感器，相对于传统的转换机制，制造工艺简单，在大大降低成本的同时仍能保持着传感器及应用其的电子皮肤的高检测灵敏度。

技术领域

本公开属于电子材料技术领域，具体地涉及一种传感器及应用其的电子、仿生皮肤及仿生交流通讯设备。

背景技术

自然界中许多动物为应对恶劣的生存环境，通过变换体色、生物发光等方式使自己融入周围的环境中，使自己生存下来，例如变色龙和章鱼等头足类动物。依据动物专家的最新发现，变色龙变换体色不仅仅是为了伪装，体色变换的另一个重要作用是能够实现变色龙之间的信息传递，便于和同伴沟通，这相当于人类语言一样，进而表达出变色龙的意图。目前为了研制类似于变色龙皮肤的仿生人造皮肤，尝试了许多的方法，如：在材料中嵌入微型LED，电致发光或将色素注入微流体网络中。

生物皮肤是最复杂的生物器官，其中包含的无数高灵敏触碰传感器能够将所接触的机械力转化成生理信号传递给大脑。目前电子皮肤的主要转化机制有压阻式、压电式、电容式和摩擦转化式。然而几乎没有任意机理能够即实现对多种机械刺激的响应，又能够动态反馈信息于皮肤上，从而实现直接的信息传递和交流。不仅如此，目前的转换机制决定了所研制的电子皮肤不能实现对多种机械刺激的响应(如触碰压力、拉伸和剪切力)，且在实现传感的同时也往往需要外加供能电源。

公开内容

基于以上问题，本公开的主要目的在于提出一种传感器及应用其的电子、仿生皮肤及仿生交流通讯设备，用于解决以上技术问题的至少之一。

为了实现上述目的，作为本公开的一个方面，提出一种传感器，包括第一摩擦层和第二摩擦层，其中：第一摩擦层由第一材料与荧光材料的混合材料形成；第二摩擦层由第二材料形成；且第一材料和第二材料处于摩擦电极性序列的不同位置；第一摩擦层和/或第二摩擦层在机械力作用下发生形变，并滑动摩擦或接触/分离摩擦，产生摩擦电势差，以使第一摩擦层中的荧光材料发光，表征机械力作用的特性。

在本公开的一些实施例中，上述传感器还包括：间隔层，置于第一摩擦层和第二摩擦层之间的部分区域，以使第一摩擦层与第二摩擦层在无机械力作用时处于分离状态，而在有机械力作用时能够相互接触。

在本公开的一些实施例中，上述机械力包括压力、拉伸力或剪切力。

在本公开的一些实施例中，上述荧光材料为电致发光荧光粉材料；优选为ZnS:Cu、ZnS:Mn、氧化锌、碳化硅、α-三氧化二铝、氧化钇、偏铝酸镁、偏铝酸钙、偏铝酸锶、氧化锆铈、二氧化铪或二氧化锆。

在本公开的一些实施例中，上述第一摩擦层中，第一材料与荧光材料的混合比例为1∶1～1∶3；第一材料与荧光材料的混合材料加热成型后形成第一摩擦层。

在本公开的一些实施例中，上述第一摩擦层和/或第二摩擦层的表面形成有微结构阵列修饰层。

在本公开的一些实施例中，上述第一材料和第二材料中摩擦电极性序列相对为正的材料包括尼龙薄膜、金属薄膜或半导体薄膜。

在本公开的一些实施例中，上述第一材料和第二材料中摩擦电极性序列相对为负的材料包括聚合物薄膜；优选为聚二甲基硅氧烷薄膜、Eco-flex薄膜、聚四氟乙烯薄膜、聚酰亚胺薄膜或氟化乙烯丙烯共聚物薄膜。

在本公开的一些实施例中，上述间隔层的主体材质包括聚二甲基硅氧烷。