[发明专利]一种压电压阻复合式触觉传感器及制备方法

权利要求书

1.一种压电压阻复合式触觉传感器的制备方法，其特征在于，该压电压阻复合式触觉传感器包括第一电极结构层(1)，第一电极结构层(1)的下方设有压电力敏结构层(2)，压电力敏结构层(2)的下方设有第二电极结构层(3)，第二电极结构层(3)的下方设有柔性绝缘层(4)，柔性绝缘层(4)的下方设有第三电极结构层(5)，第三电极结构层(5)的下方设有压阻力敏结构层(6)，压阻力敏结构层(6)的下方设有第四电极结构层(7)；压电力敏结构层(2)和压阻力敏结构层(6)分别实现对外部动态和静态触觉力学信号的感知；

封装后的复合式触觉传感器在第一电极结构层(1)的上面设有第二基底层(9)，第四电极结构层(7)的下方设有第一基底层(8)，第一基底层(8)、第二基底层(9)分别为制备压阻式触觉传感器、压电式触觉传感器的基底层；

该压电压阻复合式触觉传感器的制备方法，包括以下步骤：

1)柔性绝缘层(4)、第一基底层(8)、第二基底层(9)采用PDMS制备，基本组分和固化剂按照10:1的比例进行配比，混合均匀后经真空操作除去PDMS中的气泡，旋涂制备厚薄均匀的PDMS薄膜，在70℃下加热固化，剥离得到基底层；

2)采用氧等离子体对第一基底层(8)、第二基底层(9)表面进行亲水处理，采用剥离工艺分别在第一基底层(8)上表面、第二基底层(9)下表面上溅射100nm厚的铜作为第四电极结构层(7)、第一电极结构层(1)；

3)压电力敏结构层(2)采用有机聚合物PVDF或PVDF共聚物进行制备，压电材料PVDF或PVDF共聚物采用二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂作为溶剂，配制静电纺丝用溶剂，加入丙酮调节溶剂的挥发性，DMF与丙酮按照体积比3：2的比例混合，PVDF根据分子量的不同选取不同的质量比，溶液的质量比选在14％～20％之间；

制备压电力敏结构层(2)的PVDF纤维薄膜静电纺丝参数设置为：溶液进给量为5～15μL/min，纺丝针头与接收极板之间间距为10～20cm，在针头部分加载电压为9～15k V，接收极板接地；PVDF压电纤维膜厚度与静电纺丝的时间正相关，根据压电式触觉传感器性能的要求，静电纺丝制备PVDF压电纤维膜控制在1～3h之间；

4)采用PDMS基底层作为柔性绝缘层(4)，在柔性绝缘层(4)上下分别通过溅射工艺制备第二电极结构层(3)、第三电极结构层(5)；

5)压阻力敏结构层(6)采用热塑性高分子聚合物PU通过静电纺丝工艺进行制备，采用DMF与丙酮混合作为溶剂，DMF和丙酮按1:1配比，根据PU分子质量的不同，配制质量比为20％～30％的溶液进行PU纤维薄膜的制备；

制备PU纤维薄膜时静电纺丝的参数设置为：溶液进给量为5～20μL/min，正负极极板之间的间距为10～15cm，两端加载电压为9～15kV；PU纤维膜厚度与静电纺丝的时间正相关，根据压电式触觉传感器性能的要求，静电纺丝制备PU纤维膜薄膜时间控制在1～3h之间；

6)采用超声处理配制分散良好的CNT；按照1/1000～1/100的质量比称取CNT和去离子水，根据CNT的质量加入十二烷基硫酸钠，采用多壁CNT时，CNT与SDS的质量比按1:2进行配置，在300W的功率下超声100mL的分散液3h，得到分散良好的CNT分散溶液；

7)将步骤5)制备好的PU纤维薄膜浸入CNT分散溶液中采用超声破碎仪进行超声处理，100m L的分散溶液采用350W的超声功率处理0.5～2h，通过超声空化效应诱导导电颗粒CNT嵌入PU纳米纤维表面，将超声处理得到的复合纤维薄膜在去离子水中反复清洗多次，在60℃的烘箱中烘干得到压阻力敏结构层(6)；

8)将带有第一电极结构层(1)的第二基底层(9)、压电力敏结构层(2)、带有第二电极结构层(3)和第三电极结构层(5)的柔性绝缘层(4)、压阻力敏结构层(6)、带有第四电极结构层(7)的第一基底层(8)按层叠加在一起压紧，通过浇筑PDMS进行封装，PDMS基本组分和固化剂按照10:1的配比，真空处理除去气泡，在70℃的烘箱中固化4h得到复合式触觉压力传感器。