[发明专利]一种用于智能控制的可伸缩性电子皮肤及制备方法

说明书

本发明提供了一种用于智能控制的可伸缩性电子皮肤及制备方法。将压电陶瓷粉、粘结剂、塑化剂及水混合制浆，喷丝烧制得到压电陶瓷纤维，将石墨烯分散在丙烯酸酯橡胶中制成橡胶薄层，接着将压电陶瓷纤维铺洒在橡胶薄层的一面，再贴合一层橡胶薄层，制得电子皮肤敏感层，最后将导线植入，并与柔性基材薄膜贴合，即得可伸缩性电子皮肤。该方法通过将压电陶瓷纤维化植入分散有石墨烯的丙烯酸酯橡胶层，具有极强的灵敏度，响应时间短，易于智能控制，制备的电子皮肤，超薄、质轻，柔性接近人体皮肤，伸缩性好，是智能控制可穿戴器件最理想的电子皮肤。

技术领域

本发明涉及电子皮肤领域，特别是涉及一种用于智能控制的可伸缩性电子皮肤及制备方法。

背景技术

人体皮肤是活跃、敏感和高弹性的感觉器官，承担着保护身体、排汗、温度调节、感知冷热和压力等功能。人体躯体感觉系统能够通过皮肤中的触觉、温度、痛觉等感受器，将外界环境刺激转化为电脉冲信号，经过神经通路传导至神经中枢，从而使皮肤获得触觉、痛觉等感觉功能。基于皮肤这种多功能生物模型，科学家们开展了一门新兴学科研究——触感电子学（俗称“电子皮肤”，Electronic skin, E-skin），用来模仿皮肤的感觉功能如触觉、温度感知等功能。

目前，电子皮肤在柔性或弹性基底上制作具备探测压力、温度或其他刺激的传感器及阵列，可感知周围环境中的各种物理、化学、生物等信号，将有助于开发新型人机接口、智能机器人、仿生假肢等智能化系统。此外，电子皮肤的重要发展趋势是多功能化与多重刺激同步监测。实现温度、湿度、紫外光、磁、应变、压力和接近等多种外界刺激的实时同步监测。特别是随着智能控制的发展，电子皮肤就是一种新型可穿戴柔性仿生触觉传感器，它能够实现仿人类触觉感知功能的人造柔性电子器件。

中国发明专利申请号201711133399.0公开了一种柔性电子皮肤传感器及其制备方法，其中，柔性电子皮肤传感器包括若干压力传感单元；压力传感单元由两片柔性且可伸缩的超薄PDMS膜、分别贴附于两片超薄PDMS膜之间的两片电极，以及设置于两片电极之间的复合压力传感膜组成；复合压力传感膜由若干聚苯胺中空纳米球和用于连接相邻聚苯胺中空纳米球的多壁碳纳米管组成；各压力传感单元利用等离子体处理机，并采用电极像素处理以形成呈设定面积的传感器阵列。

中国发明专利申请号201711184092.3公开了一种高灵敏度电子皮肤，具有聚乙烯醇-银纳米线/石墨烯-PDMS三明治结构，通过喷涂的方式在PET基材表面形成一层相互交叠堆积的银纳米线导电网络，之后再在银纳米线网络上均匀喷涂分散一层由大片石墨烯和小片石墨烯混合的石墨烯，这些石墨烯沉积在银纳米线网络之间或联通相邻的银纳米线，进一步增强导电网络的导电性能，之后，使用旋涂的方式在上述导电网络表面旋涂一层聚乙烯醇溶液作为电子皮肤的基体，最后，待聚乙烯醇干燥后，将复合膜从PET薄膜上分离开，将该复合膜转移到烘箱中，翻转表面，在与PET接触的一面蒸镀一层PDMS薄膜，这样就可以得到一种三明治结构的电子皮肤。

中国发明专利申请号201520966018.7公开了了一种用于测量接触压力的柔性电子皮肤，该柔性电子皮肤包括上电极层、中间传感层以及下电极层，其中，所电极层包括柔性上电极以及多个触点，每一个触点设置在所述柔性上电极的上表面，所述中间传感层包括上金属膜、多孔PDMS膜、设置在PDMS膜上的多个压力传感单元以及下金属膜。

中国发明专利申请号201711166759.7公开了于机器人技术领域，提供了一种机器人电子皮肤，包括由内往外设置在机器人外壳上的第一复合层结构和第二复合层结构，其中，所述第一复合层结构包括依次层叠设置在所述机器人外壳上的背胶层、第一支撑层、第一导电银胶层，所述第二复合层结构包括在朝向第一复合层结构方向依次设置的第二导电银胶层、第二支撑层；且所述第一复合层结构和所述第二复合层结构之间设置有若干个用于将所述第一导电银胶层和所述第二导电银胶层分离的第一绝缘突起。

根据上述，现有方案中电子皮肤用于智能控制和可穿戴控制，存在灵敏度较低，且反应慢，伸缩性差，使得在智能控制实现人机智能交互的性能存在缺陷。