[发明专利]一种压电压阻复合式触觉传感器及制备方法

说明书

一种压电压阻复合式触觉传感器及制备方法，包括第一电极结构层，第一电极结构层的下方设有压电力敏结构层，压电力敏结构层的下方设有第二电极结构层，第二电极结构层的下方设有柔性绝缘层，柔性绝缘层的下方设有第三电极结构层，第三电极结构层的下方设有压阻力敏结构层，压阻力敏结构层的下方设有第四电极结构层；压电力敏结构层和压阻力敏结构层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的上面设有第二基底层，第四电极结构层的下方设有第一基底层；本发明制备的复合式触觉传感器同时具备压阻式和压电式感知机理，实现多模态力学参量的测量，可用于柔性穿戴设备、智能机器人等领域。

技术领域

本发明涉及触觉传感器技术领域，具体涉及一种压电压阻复合式触觉传感器及制备方法。

背景技术

受人体皮肤对于外界环境中的动态刺激和静态刺激分别由不同的神经单元进行感知的启发，现有设计的柔性触觉传感器分别采用压电式力敏层和压阻式力敏层进行动态力和静态力的测量，以实现触觉力学参量的测量。

触觉传感器是应用最为广泛的柔性穿戴设备，常见的柔性触觉传感器大多只能够实现是单一形式的测量机理，采用压阻式传感器同时进行动态力和静态力的测量，或者采用压电式传感器进行动态力的测量。而在柔性穿戴设备、智能机器人等应用领域进行的测量环境都比较复杂，要求实现静态力和动态力的同时测量，进而更加完整的获取传感器所接触的外界环境力学参量的施加情况，现有的压阻式传感器或压电式传感器不能满足要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种压电压阻复合式触觉传感器及制备方法，制备的复合式触觉传感器同时具备压阻式和压电式感知机理，以实现多模态力学参量的测量，可用于柔性穿戴设备、智能机器人、医疗康复应用等领域。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种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，第一基底层8、第二基底层9采用PDMS。

一种压电压阻复合式触觉传感器的制备方法，包括以下步骤：

1)第一基底层8、第二基底层9采用PDMS制备PDMS薄膜；

2)在第一基底层8上表面、第二基底层9下表面上溅射金属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共聚物通过静电纺丝工艺进行制备；

4)柔性绝缘层4选用PDMS基本组分和固化剂按照10:1的配比，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，剥离得到柔性绝缘层4；

5)在柔性绝缘层4上下分别通过溅射工艺制备第二电极层结构3、第三电极层结构5；

6)压阻力敏结构层6采用热塑性高分子聚合物PU或PS通过静电纺丝工艺进行纤维薄膜的制备；

7)采用超声处理配制分散良好的CNT或石墨烯分散溶液；

8)将步骤5)制备好的纤维薄膜浸入CNT或石墨烯分散溶液，采用超声破碎仪进行超声处理，通过超声空化效应诱导导电颗粒CNT或石墨烯嵌入纳米纤维表面，得到压阻力敏结构层6；