[发明专利]一种基于纤毛温度传感的柔性电子皮肤及其制备方法

说明书

本发明涉及柔性传感器技术领域，提供一种基于纤毛温度传感的柔性电子皮肤及其制备方法，柔性电子皮肤包括温度传感单元、置于温度传感单元上的传热单元以及将温度传感单元及传热单元封装于一体的封装层，所述温度传感单元包括柔性基底、由下至上依次沉积于所述柔性基底上的绝缘层、过渡层、多个薄膜热电堆以及绝热保护层，所述传热单元包括多个分别固定于各所述薄膜热电堆的传热区域上并伸出所述绝热保护层及所述封装层外的传热纤毛。本发明中，柔性电子皮肤结构简单，一体封装成型，便于集成化制备；且制作形成的电子皮肤柔性、弹性好，满足多种应用需求；同时，采用纤毛进行温度传感灵敏度高，精度准确，测温响应时间短，温度测量范围广。

技术领域

本发明涉及柔性传感器技术领域，尤其提供一种基于纤毛温度传感的柔性电子皮肤及其制备方法。

背景技术

电子皮肤是当今国际研究的热点问题之一，其在仿生智能机器人、人体假肢、可穿戴设备等多个领域有非常重要的应用前景。人类皮肤不仅可以保护人体内部器官运行免受外界干扰，还是重要的信息获取来源，主要包括对压力、拉力、振动的感知的力的传感和对热量散失、冷、热的温度传感方面。目前电子皮肤的研究主要集中在力的触觉传感方面，并取得了显著进展，而对温度传感方面的研究相对较少。

已知的应用于电子皮肤的温度传感器类型有热敏电阻、热膨胀复合材料以及热电p-n结。其中，热敏电阻与温度变化有较好的线性关系，但测量温度时需要输入外部电流，同时也要监测电压值的变化，这样需要采用四端引线，与上下极板的电极组成三明治结构，结构复杂，增加了加工难度，而合并引线的三线法和两线法，测温精度较差，同时电阻值的变化会受压力的影响，因而在力求结构简单、传感精确的电子皮肤温度传感的应用中有较大的局限性。而在聚合物基体中加入导电填充物的复合材料，温度升高基体膨胀使填充物分布稀疏进而使电阻增大，测量时易受变形作用的影响，测量精度差，材料性能不稳定，不具有长期使用特性。热敏p-n结基于载流子的热活化来测温，灵敏度优于热敏电阻，但具有光影响特性，在实际应用中容易受到干扰，影响温度感应变化的准确度。

而且，目前的电子皮肤的温度传感主要适用于对固体表面的温度传感，而不能灵敏感知环境中(气流)温度变化。而应用于气体测温的方法中，非接触式：红外辐射，声学测温等受气体的环境因素影响较大；可协调半导体激光吸收吸收谱技术，测量装置复杂，价格昂贵，且有很大的使用局限性，测量精度差。接触式：热敏电阻等热容量较大，对温度的响应较慢，且对测试要求严格的温度传感，易扰动被测温度场，均不适用于电子皮肤的温度传感。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于纤毛温度传感的柔性电子皮肤及其制备方法，旨在解决现有技术中温度传感时存在的准确度低、响应慢等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于纤毛温度传感的柔性电子皮肤，包括温度传感单元、置于所述温度传感单元上的传热单元以及将所述温度传感单元及所述传热单元封装于一体的封装层，所述温度传感单元包括柔性基底、由下至上依次沉积于所述柔性基底上的绝缘层、过渡层、多个薄膜热电堆以及绝热保护层，所述传热单元包括多个分别固定于各所述薄膜热电堆的传热区域上并伸出所述绝热保护层及所述封装层外的传热纤毛。

进一步地，所述绝缘层包括沉积于所述柔性基底上的热绝缘层以及沉积于所述热绝缘层上的电绝缘层。

进一步地，各所述薄膜热电堆为由多对薄膜热电偶串联形成的环状结构，所述传热区域位于所述环状结构内。

进一步地，所述传热纤毛为采用高导热碳纤维、石墨纤维、金属或高分子材料制成的丝状物。

进一步地，所述传热纤毛通过导热粘结层固定于所述传热区域上。

本发明还提供了一种上述的基于纤毛温度传感的柔性电子皮肤的制备方法，包括以下工艺步骤：

制备温度传感单元及传热单元：