[发明专利]一种柔性触觉传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种柔性触觉传感器及其制备方法和应用，包括工作电极和对电极，所述工作电极包括柔性电极以及柔性垫片层；其中，所述柔性电极靠近所述柔性垫片层的一侧具有微纳结构，所述柔性垫片层具有通孔。本发明提供的柔性触觉传感器具有柔软、灵敏度高、压力检测限低，系统结构简单，成本低，可大面积阵列化制备的优点。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及一种柔性触觉传感器及其制备方法和应用。

背景技术

仿生智能传感技术在当前的信息化、智能化社会中发挥着越来越广泛的作用。其中，在人体修复学领域，利用传感技术重新赋予皮肤感觉减退患者以正常的触觉感受功能，对于患者的康复治疗及提高其生活质量具有重要意义。皮肤感觉减退是指皮肤对外界刺激感受能力降低的一种感知障碍，如强烈的疼痛刺激，只会引起轻微感觉甚至无感觉。该症状一般由神经损伤所引起，多见于癔症及神经系统器质性疾病患者，以及接受皮肤、躯干四肢等人体组织移植手术的残疾患者。现有的解决手段如仿生假肢仍然存在大量问题，例如机械假肢一般采用硬质材料制备，质地沉重，无法进行人体活动所需的多种形变，使用不便；此外，目前商用假肢不具备感知反馈功能，使用者缺乏本体感觉，易出现幻肢现象等，无法满足用户需求。

基于现有硬质仿生假肢的诸多问题，研究者提出柔性触觉传感器作为解决方案。柔性传感器通过采用弹性材料或者岛-桥式等特殊结构赋予传感器以拉伸、扭曲等硬质传感器所不具备的形变能力，能有效提高佩戴者的舒适感。柔性传感器在机理上包括电容式、电阻式、电感式、光电式和压电式等多种类型。其中电容式传感器能将外界力的刺激信号转化为电容值的变化，从而实现传感功能。该类型传感器具有响应速度快，能耗低，结构简单，信噪比低等优点，具有很好的应用前景，因而成为当前热点研究领域。

CN103983382A公开了一种全柔性电容式触觉传感器，包括设置一柔性基底，在其下表面设置有屏蔽层，在其上表面设置有柔性导电下极板和间隔环绕在柔性导电下极板外围的柔性导电上极板电极；在柔性导电下极板和柔性导电上极板电极之间罩设有倒凹形弹性电介质层，在弹性电介质层外围罩设有倒凹形柔性导电上极板，在柔性导电上极板的外围罩设有倒凹形柔性保护层。该设计将上下电极板引线收束于同一柔性基底，有利于解决传感器阵列设计中存在的引线繁琐，不易维护等问题；但是因为该传感器采用多层结构设计，存在封装困难，制备过程复杂等缺点。CN109443607A公开了一种人体仿生电子皮肤的新型感知系统结构，所述结构包括基于丙烯酰胺和氯化锂的定位层凝胶和基于离子液体BMIMBF₄聚合物感知层凝胶；所述基于丙烯酰胺和氯化锂的定位层凝胶和所述基于离子液体BMIMBF4聚合物感知层凝胶之间设有VHB带；该专利有助于提高传感系统的定位精度，同时不增加系统复杂性；但是该传感器引入的离子凝胶，性质不稳定，存在生物安全隐患，且对器件封装有严格的要求，不利于实际应用。CN107941386A公开了一种基于透明生物材料的柔性力触觉传感器、敏感元件及其制备方法，敏感元件包括保水层基底及包裹在其内的水凝胶，所述水凝胶的溶质由海藻酸钠、乙二胺四乙酸二钠钙和葡萄糖酸δ-内酯以质量比2:(0.5-1.5):(0.5-1.5)构成，其中海藻酸钠的质量浓度为2-6％；传感器包括依次有线或无线连接的敏感元件、测量电路、AD转换电路和显示器；该设计采用的水凝胶体系对环境湿度和温度要求很高，制备和使用环节均需要严格的保水密封条件，同时凝胶水分的缓慢挥发会导致器件稳定性降低，长期使用存在问题。

因此，需要开发一种结构简单，灵敏度高，可采集一定区域内压力分布的柔性传感器以满足应用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性触觉传感器及其制备方法和应用。本发明提供的柔性触觉传感器具有灵敏度高，压力检测限低，结构简单，灵敏度高的优点。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种柔性触觉传感器，包括工作电极和对电极，所述工作电极包括柔性电极以及柔性垫片层。

其中，所述柔性电极靠近所述柔性垫片层的一侧具有微纳结构，所述柔性垫片层具有通孔。