[发明专利]基于微纳米纤维结构的触觉传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于微纳米级直立纤维敏感结构的触觉传感器的制备方法，其特征在于：将具有压电或压阻特性的溶质材料与溶剂相混合以配备出具有压电或压阻敏感特性的，且同时适于拉伸的粘性溶液；利用微量注射泵将该溶液从微型针头中挤出，再通过操纵三维操作平台沿垂直方向运动，以制备出具有敏感特性的微纳米级直立悬空纤维，并利用硅橡胶材料对制备出的微纳米级直立悬空纤维阵列进行封装；该方法的具体步骤如下：

(1)常温下，采用聚偏氟乙烯和二甲基甲酰胺溶液来获得具有压电特性的拉伸原料，采用聚氨酯和二甲基甲酰胺溶液来获得具有压阻特性的拉伸原料；其混合质量比对于聚偏氟乙烯和二甲基甲酰胺溶液，采用20％-35％；对于聚氨酯和二甲基甲酰胺溶液，采用20％-30％；配制过程中采用搅拌方法以使溶质与溶剂充分混合，采用电磁搅拌、超声波搅拌或被动式混合器搅拌；

(2)将加热板(3)固定于自动三维操作平台(2)上，基底(6)固定于加热板(3)上，加热板(3)保持摄氏70-80度，玻璃毛细管微型针头(5)安装于手动三维操作平台(7)上，该针头的前端垂直正对基底(6)，后端与微量注射泵(4)相连；调节手动三维操作平台(7)以调整玻璃毛细管微型针头(5)相对于基底(6)的初始位置，同时使微量注射泵(4)将溶液从玻璃毛细管微型针头(5)中挤出到基底(6)上，并使载有基底(6)的自动三维操作平台(2)以加速运动方式向下移动，对挤出的溶液进行拉伸，其运动方式为匀加速直线运动或变加速直线运动；在拉伸的过程中，溶液中的溶剂蒸发，溶液发生固化，并最终使直立纤维的顶部与玻璃毛细管微型针头(5)处的挤出溶液发生拉伸断裂，从而形成微纳米级直立悬空纤维；

(3)微纳米级直立悬空纤维包覆电极后，采用铸模方式对最终制备完成的微纳米级直立悬空纤维进行封装，将该微纳米级直立悬空纤维倒立置于装满乳胶状硅橡胶溶液的模具中，电极用导线引出，静置24小时，待硅橡胶成型后将整体拿出，形成最终的触觉传感器。

2.根据权利要求1所述的一种基于微纳米级直立纤维敏感结构的触觉传感器的制备方法，其特征在于：对于由聚偏氟乙烯和二甲基甲酰胺溶液系统制备的具有压电特性的微纳纤维来说，在封装之前还需进行极化处理，其方法为，将基底连同其上的微纳米级直立悬空纤维一同置于由两金属极板和介电材料所组成纤维极化装置中，在金属电极间施加10kV电压，以完成纤维的极化后再包覆电极。

3.根据权利要求2所述的一种基于微纳米级直立纤维敏感结构的触觉传感器的制备方法，其特征在于：对于由聚偏氟乙烯和二甲基甲酰胺溶液系统制备的具有压电特性的微纳纤维来说，其电极为沿长度径向对称包覆的电极，采用磁控溅射方法制备；对于由聚氨酯和二甲基甲酰胺溶液系统制备的具有压阻特性的微纳纤维来说，其电极为轴向上下环形对称包覆的电极，采用磁控溅射方法制备。