[发明专利]一种基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器

权利要求书

1.一种基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：包括依次设置的泡沫上电极层、泡沫电解质层、泡沫下电极层，所述泡沫电解质层由包括溶剂、高分子材料、酯类、离子载体和细菌纤维素的混合物经过发泡制得，五者的质量比为（25-30）:（3-4）：（4-6）:（1-2）:（0.4-0.6），所述泡沫上电极层和泡沫下电极层的材质相同，由包括溶剂、高分子材料、酯类、导电材料和细菌纤维素的混合物经过发泡制得，五者的质量比为（25-30）:（3-4）：（4-6）:（3-4）:（0.4-0.6）；

所述传感器由高分子材料、细菌纤维素和导电材料组成的混合物经过发泡、冷冻成为泡沫电极层，将电解质、细菌纤维素与高分子材料混合，然后发泡，冷冻后制备网孔状电解质层，然后将电极层与电解质层一起冷冻，便结合为一个整体。

2.根据权利要求1所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：所述溶剂为水或离子液体，其中，所述离子液体为在室温或接近室温下呈现液态的且完全由有机阳离子与无机或有机阴离子组成盐，阳离子包括季铵盐离子、季鏻盐离子、咪唑盐离子、吡咯盐离子，阴离子包括卤素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子。

3.根据权利要求1所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：所述高分子材料包括聚乙烯醇、热塑性聚氨酯弹性体或聚苯乙烯。

4.根据权利要求1所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：所述酯类包括碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙二酯中一种或两种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：所述离子载体为酸、碱、盐中一种或两种以上的混合物。

6.根据权利要求1所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：所述导电材料为金属、碳或导电聚合物，包括铜、铝、金、银、镍、石墨、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、MXene、聚吡咯、聚噻吩中的一种或两种以上的复合物。

7.根据权利要求1所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：所述泡沫上电极层和泡沫下电极层厚度均小于泡沫电解质层的厚度。

8.根据权利要求1所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：所述柔性可拉伸触觉传感器的形状包括长方体、圆柱体、三棱锥。

9.根据权利要求1所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于：所述泡沫上电极层和泡沫下电极层两端均通过使用银胶粘贴导电金属线实现传感器与外界电气相连，所述泡沫上电极层的上表面以及泡沫下电极层的下表面覆盖高分子膜作为封装层。

10.权利要求1-9任一所述的基于超级电容传感原理的一体式柔性可拉伸触觉传感器的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

（1）泡沫下电极层的制备

将水、细菌纤维素和高分子材料混合后加入离子载体在80-100℃条件下加热1-2小时，待高分子材料完全溶解，然后降温至75℃，加入乳化剂和酯类，搅拌反应2.5小时，再加入导电材料，搅拌至均匀状态，再降温至35℃，加入发泡剂快速搅拌均匀，倒入模具中，放入冷冻机中冷冻至凝固作为泡沫下电极层；

（2）泡沫电解质层的制备

将水、细菌纤维素和高分子材料混合后加入离子载体在80-100℃条件下加热1-2小时，待高分子材料完全溶解，然后降温至75℃，加入乳化剂和酯类，搅拌均匀状态，再降温至35℃，加入发泡剂快速搅拌均匀，倒入模具中制备好的泡沫下电极层上，放入冷冻机中冷冻至凝固作为泡沫电解质层；

（3）泡沫上电极的制备

将水、细菌纤维素和高分子材料混合后加入离子载体在80-100℃条件下加热1-2小时，待高分子材料完全溶解，然后降温至75℃，加入乳化剂和酯类，搅拌反应2.5小时，再加入导电材料，搅拌至均匀状态，再降温至35℃，加入发泡剂快速搅拌均匀，倒入模具中的泡沫电解质层上，整体放入冷冻机中冷冻7小时，融化3小时，反复进行三个循环后得到带有孔状的一体式柔性可拉伸触觉传感器；

（4）传感器的接线

在泡沫电极两端使用银胶粘贴导电金属线，实现传感器与外界电气相连；

（5）传感器的封装

在泡沫上电极层的上表面以及泡沫下电极层的下表面覆盖高分子膜作为封装层，在封装层上涂抹粘结剂后与上下泡沫电极进行粘合。