[发明专利]柔性压力传感器及其制备方法和机器人皮肤、可穿戴设备

说明书

本发明公开了一种柔性压力传感器及其制备方法和机器人皮肤、可穿戴设备，该柔性压力传感器包括柔性基层、电极阵列和压敏单元陈列；柔性基层包括相对设置的第一柔性基层和第二柔性基层，电极阵列包括第一电极和第二电极，第一电极平行间隔设于第一柔性基层上朝向第一柔性基层的一侧，第二电极平行间隔设于第二柔性基层上朝向第一柔性基层的一侧，第一电极和第二电极交叉设置；压敏单元阵列包括若干碳纳米管膜；各碳纳米管膜夹设于第一电极和第二电极之间的交叉处。该柔性压力传感器受外部压力时，电阻值变化明显，灵敏度高；可减少压力传感器的重量和尺度，减低能耗，扩大其测量范围；且其结构简单，成本低。

技术领域

本发明涉及触控技术领域，尤其是涉及一种柔性压力传感器及其制备方法和机器人皮肤、可穿戴设备。

背景技术

传感器作为一种用来感知和获取外部信息的重要元件早已与我们平时的日常生活和工业生产息息相关。在实际应用中，对于能粘贴在任意曲面的柔性传感器需求越来越多。国外一些研究机构早在上个世纪八十年代就开始了对这种柔性传感器的研究，并将其应用在生物医学、机器人等领域。触觉是机器人实现与外部环境直接作用的必须媒介，柔性触觉传感器可以模拟人的感觉，具体可通过柔性压力传感器，利用导电材料在形变时产生的电阻变化来实现传感，使得机器人皮肤可以感知物体软硬程度和物体的形状等，进而可通过柔性电子技术构建对压力、硬度、形状和材料的感知，整合成千上万的传感器，构建拥有触觉的机器人皮肤，因此，柔性压力传感器在机器人传感领域备受重视。但目前现有的柔性压力传感器通常结构较为复杂，制造成本高，且灵敏度低，压力传感器的重量和尺度高，功耗大并限制了其测量范围。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种柔性压力传感器及其制备方法和机器人皮肤、可穿戴设备。

本发明的第一方面，提出了一种柔性压力传感器，包括：

柔性基层，包括相对设置的第一柔性基层和第二柔性基层；

电极阵列，包括第一电极和第二电极，所述第一电极平行间隔设于所述第一柔性基层上朝向所述第二柔性基层的一侧；所述第二电极平行间隔设于所述第二柔性基层上朝向所述第一柔性基层的一侧；所述第一电极和所述第二电极交叉设置；

压敏单元阵列，包括若干碳纳米管膜；各所述碳纳米管膜夹设于所述第一电极和所述第二电极之间的交叉处。

根据本发明实施例的柔性压力传感器，至少具有以下有益效果：该柔性压力传感在第一电极和第二电极之间的交叉处设置碳纳米管膜形成压敏单元阵列，碳纳米管力学性能好，抗拉强度高，柔性好，同时导热性高，导电性能优异，以其作为压敏单元，可使传感器受外部压力时，电阻值变化明显，可达一个数量级以上的变化，灵敏度高；可减少柔性压力传感器的重量和尺度，显著减低能耗，扩大其测量范围；且其结构简单，生产简易，成本低，在机器人皮肤、可穿戴设备等触控传感领域具有极大的应用前景。

在本发明的一些实施方式中，所述碳纳米管膜的厚度为50nm～1mm。

在本发明的一些实施方式中，所述第一柔性基层上设有第一安装槽，用于安装所述第一电极和所述压敏单元阵列；所述第二柔性基层上设有第二安装槽，用于安装所述第二电极；所述第一电极设于所述第一安装槽内，所述压敏单元阵列设于所述第一安装槽内所述第一电极上；所述第二电极设于所述第二安装槽内。

在本发明的一些实施方式中，所述第一柔性基层和/或所述第二柔性基层的材质选自柔性绝缘材料；优选地，所述柔性绝缘材料选自硅橡胶、硫橡胶、聚乙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，所述第一柔性基层和/或所述第二柔性绝基层的厚度为0.5～2mm。

在本发明的一些实施方式中，所述第一电极和所述第二电极的方向垂直；优选地，所述第一电极和/或所述第二电极为铝箔、铜箔、锡箔中的至少一种。