[发明专利]一种用于柔性电子皮肤的复合薄膜及制备方法

说明书

本发明属于电子皮肤的技术领域，提供了一种用于柔性电子皮肤的复合薄膜及制备方法。该方法通过将旋涂制得的氧化石墨烯薄膜利用氢碘酸还原，然后在表面滴加丝素并风干成膜，再利用激光刻蚀在薄膜表面制出周期结构的光栅，最后将聚二甲基硅氧烷溶于二甲基甲酰胺后涂覆于表面，固化成膜，制得用于柔性电子皮肤的复合薄膜。与传统方法相比，本发明的制备的复合薄膜，不仅通过丝素蛋白的加入显著提高了膜的力学性能和拉伸性能，而且在激光刻蚀光栅结构上沉积聚二甲基硅氧烷，提高了该膜的柔韧性，可使制备得到的电子皮肤柔性好，拉伸强度高、不易破裂，可广泛用于电子皮肤领域。

技术领域

本发明属于电子皮肤的技术领域，提供了一种用于柔性电子皮肤的复合薄膜及制备方法。

背景技术

电子皮肤，又名新型可穿戴柔性仿生触觉传感器，是贴在“皮肤”上的电子设备，因而习惯性的被称为电子皮肤。相较于传统的刚性触觉传感器，电子皮肤更加轻薄柔软，可被加工成各种形状，像衣服一样附着在人体或者是机器人的身体表面，使其具备感觉和触觉。

目前，电子皮肤主要应用于人体生理参数检测和机器人柔性触觉传感器两大领域。通过将电子皮肤安装到人体对应的关键部位，从而实现人体心率、血压、肌肉张力等生理参数的检测。通过将电子皮肤贴附在机器人手指、手臂上，使得机器人获得了感受外界触摸力的能力。电子皮肤的关键是新型材料的研发应用，具有高强度、高灵敏度的复合材料成为首选。

近年来，石墨烯因其优异的物理化学性质、电子传输性能广泛用于电子皮肤中，现有常用的制备三维石墨烯材料的方法有水热法、溶胶凝胶法以及气相沉积法等，但是这些方法得到的石墨烯材料图形化困难，在后期制备柔性电子皮肤材料过程中步骤繁琐且产量低、制作成本高；同时，现有柔性电子皮肤的复合薄膜制造方法中所使用的基底材料多选用PDMS、PUA、PI等，不足之处是这些材料本身拉伸性能不强，因此对于提高石墨烯复合材料在电子皮肤中的性能成为热点课题。

目前国内外在电子皮肤技术，尤其是柔性电子皮肤材料方面已取得了一定成效。其中张珽等人发明了一种压阻式电子皮肤及其制备方法（中国发明专利申请号201310396009.4），此发明压阻式电子皮肤采用碳纳米管薄膜为导电层和具有微纳米图案的聚二甲基硅氧烷、聚苯二甲酸乙二酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯等材质为基底，使得基底具有高柔性易弯曲等优点，且其工作电压低，功耗小，灵敏度高、响应时间短。另外，李大伟等人发明了一种基于天然纤维素纳米纤维的电子皮肤及其制备方法（中国发明专利申请号201711128891.9），采用抽滤或静电吸附法将碳纳米管、石墨烯、银纳米线等导电纳米材料固定在细菌纤维素（BC）纳米纤维膜上赋予纤维膜导电特性；将作为介电层的聚乙烯薄膜置于两片厚度均一的导电BC纳米纤维膜中间构成微型可拉伸、可压缩电容器，即制得基于天然纤维素纳米纤维的电子皮肤。

可见，现有技术中的电子皮肤薄膜，包括石墨烯薄膜柔性电极，存在无法承受较大应力，拉伸阈值范围低、伸性能不强、柔性不好等问题回，所以如何通过简单低成本的方法获得柔性电子皮肤的复合薄膜成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

针对这种情况，我们提出一种用于柔性电子皮肤的复合薄膜及制备方法，可显著提高石墨烯复合薄膜的力学性能和拉伸性能，使得制备得到的电子皮肤柔性好，拉伸强度高、不易破裂。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：

一种用于柔性电子皮肤的复合薄膜的制备方法，通过将旋涂制得的氧化石墨烯薄膜利用氢碘酸还原，然后在表面滴加丝素并风干成膜，再利用激光刻蚀在薄膜表面制出周期结构的光栅，最后将聚二甲基硅氧烷溶于二甲基甲酰胺后涂覆于表面，固化成膜，制得用于柔性电子皮肤的复合薄膜。制备的具体步骤如下：

（1）将氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散制成氧化石墨烯分散液，然后在预处理的硅片表面进行旋涂成膜，制成氧化石墨烯薄膜，然后喷洒氢碘酸进行还原反应，制得石墨烯薄膜；