[发明专利]一种高透气电子皮肤柔性压力温度传感器及其制备方法

说明书

本发明属于柔性传感器制造技术领域，涉及一种高透气电子皮肤柔性压力温度传感器及其制备方法；压力温度传感器包括柔性多孔网状结构，以及设置在柔性多孔网状结构上的多个压力传感单元和柔性温度传感器，压力传感单元分布于柔性多孔网状结构的网格交叉节点上，多个压力传感单元形成压力传感阵列；柔性温度传感器以周期性方波结构设置在压力传感阵列四周；通过3D打印的柔性多孔网状主体结构，实现电子皮肤柔性压力温度传感阵列更好的透气性；结合微电子喷墨打印的柔性温度传感器，基于电阻信号的温度与压力的同时分别感知，实现了接近人体皮肤的仿生高分辨率触觉感知。

技术领域

本发明属于柔性传感器制造技术领域，涉及一种高透气电子皮肤柔性压力温度传感器及其制备方法。

背景技术

电子皮肤柔性传感阵列因其在可穿戴设备中广阔而有趣的应用前景而受到越来越多的研究关注。无创健康监测、实时运动感知等实用功能已通过各种贴合皮肤的贴片或可拉伸电子电路实现。然而，这些可穿戴设备大多采用封闭式结构，易于准备但不利于舒适佩戴。皮肤表面长期堵塞会影响皮肤健康，阻碍分泌物排出，引起毛囊炎或其他皮肤病。长时间实际使用的电子皮肤应该具有良好的透气能力。然而这方面的研究鲜有报道。

为了模拟人体皮肤的触觉，电子皮肤需要同时感知温度和压力。由于材料选择相似，温度和压力往往同时影响传感器。研究人员通常采用不同的传感原理，如电容式压力传感器和电阻式温度传感器，通过比较两种传感器的信号来区分温度和压力。但是使用不同的温度和压力输出系统会给电子皮肤信号的采集和处理带来更大的困难。电阻式温度-压力协同传感电子皮肤的研究可以简化数据采集和供能设备，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种高透气电子皮肤柔性压力温度传感器及其制备方法。该电子皮肤实现了基于电阻信号的温度与压力的同时分别感知，接近人体皮肤的仿生高分辨率触觉感知，以及具有多孔高透气性结构。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种高透气电子皮肤柔性压力温度传感器，包括柔性多孔网状结构，以及设置在柔性多孔网状结构上的多个压力传感单元和柔性温度传感器，所述压力传感单元分布于柔性多孔网状结构的网格交叉节点上，多个压力传感单元形成压力传感阵列；所述柔性温度传感器以周期性方波结构设置在压力传感阵列四周。

优选的，所述柔性多孔网状结构由交叉90°的等间距硅胶线组成。

更优的，硅胶线中心距为0.6~1.5mm，柔性多孔网状结构的厚度为1~1.2 mm。

更优的，柔性多孔网状结构的孔洞面积≥400 μm×400 μm，孔洞密度≥100 cm^-2。

优选的，压力传感单元的敏感单元层材料包括聚二甲基硅氧烷、碳纳米管、银纳米线和石墨烯。

优选的，压力传感单元为直径30~60 μm的中空孔隙微结构。

优选的，柔性温度传感器由银纳米墨水在PET柔性薄膜表面喷墨打印制备。

一种压力温度传感器的制备方法，包括以下步骤：

a）配制压力传感单元的柔性基底材料和压力敏感材料，用3D打印机打印先打印出柔性多孔网状结构，再在柔性多孔网状结构的网格交叉节点上打印压力传感单元形成压力传感阵列。

b）将压力传感阵列加热固化，之后去除压力传感单元上的水溶性微粒牺牲材料，在敏感层中制备出孔隙微结构。

c）使用微电子喷墨打印机在30~100 μm PET薄膜上打印制备周期性方波结构的柔性温度传感器。

d）将柔性温度传感器贴附于压力传感阵列四周，使用排线引出各传感器电极。