[发明专利]一种具有分级压峰结构的电子皮肤及其制备方法

说明书

本发明属于传感器技术领域，并公开了一种具有分级压峰结构的电子皮肤及其制备方法，该电子皮肤包括柔性衬底和电极封装层，柔性衬底表面具有凸起结构，凸起结构表面溅射有压敏感应层，电极封装层为下表面具有导电功能的柔性薄膜，其下表面制备有网状的绝缘网层，电极封装层设置在凸起结构的顶部，且其上的绝缘网层与凸起结构顶部贴合，绝缘网层与所述柔性衬底边缘之间还设置有保持架，保持架的上表面与绝缘网层粘接，下表面与柔性衬底粘接。所述方法包括以下步骤：制备表面溅射有压敏感应层的柔性衬底；制备带绝缘网层的电极封装层；制备保持架并封装。本发明可获得灵敏度高、感应范围广的电子皮肤，具有简单易得，性能优异等优点。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，更具体地，涉及一种具有分级压峰结构的电子皮肤及其制备方法。

背景技术

柔性压力传感器的基本原理是将机械压力激励转化为可读的电学信号，其因为在可穿戴医疗监控设备、软机器人、人机交互和电子皮肤等方面的潜在应用而受到广泛关注。例如，通过分析发声过程中声带的振动信号来进行语音识别，通过心脏的振动信号来诊断心脏功能。

为了使柔性压力传感器能感知各种压力刺激，柔性压力传感器必须在两个关键参数上表现出优异的性能：一是检测范围(可拉伸性)，二是灵敏度。可拉伸性是指柔性应变传感器的测试范围，应当能满足特定场景下对应变量的需求，如脉冲检测(小于1％)对小范围应变的检测需求，关节弯曲检测(不低于40％)对较大范围应变的检测需求等。灵敏度用来描述柔性应变传感器的分辨率，高灵敏度意味着可以精确地检测微小的应变变化，如发声振动、呼吸、脉搏等。因此，理想状态下的柔性应变传感器应具有较大的测试范围，以满足普遍的使用需求，在对应的测试范围内有很高的灵敏度。

目前出现了各式各样的柔性压力传感器，如测量呼吸的压力传感器，对轻微的力响应大；测量脉搏的压力传感器，检测的压力稍大；检测足压的传感器，检测的压力更大。然而，这些柔性压力传感器不能同时检测上述各种压力范围的压力，因为变形引起的接触面积变化或者在较低的压力范围内已经饱和无法检测大的压力，或者在较低的压力范围内电阻变化不明显无法反应小的压力变化。为获得更大的检测范围，激光蚀刻石墨烯工艺和砂纸二次软模板复制等工艺被提出并获得了大的检测范围。然而，低灵敏度和砂纸模板不规则的表面形态限制了它们的应用前景。因此，需要进行研究设计，以获得感应范围广且灵敏度高的柔性压力传感器。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有分级压峰结构的电子皮肤及其制备方法，其通过对电子皮肤具体结构的设计，可获得灵敏度高、感应范围广的具有分级压峰结构的电子皮肤，具有简单易得，性能优异等优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种具有分级压峰结构的电子皮肤，其包括柔性衬底和电极封装层，其中：

所述柔性衬底的表面具有凸起结构，该凸起结构作为电子皮肤的第一级压峰，其表面溅射有压敏感应层；

所述电极封装层为下表面具有导电功能的柔性薄膜，其下表面还制备有网状结构的绝缘网层，该电极封装层设置在所述凸起结构的顶部，并且其上的绝缘网层与凸起结构的顶部贴合，该凸起结构及其上的压敏感应层位于所述绝缘网层网孔处的部分在后续受压过程中将进一步形成凸起以作为电子皮肤的第二级压峰；

所述绝缘网层与所述柔性衬底边缘之间还设置有保持架，该保持架的上表面与绝缘网层粘接，下表面与柔性衬底粘接。

作为进一步优选的，所述柔性衬底由杨氏模量为50kPa-3MPa的柔性材料制成，所述凸起结构的高度为50μm-1000μm。

作为进一步优选的，所述压敏感应层由电导率大于0.1S/cm且杨氏模量≤2.5GPa的材料制成。

作为进一步优选的，所述压敏感应层的厚度小于10μm。