[发明专利]新型的电极结构和多功能传感器阵列及使用他们的多功能传感装置

说明书

本发明提供了电极结构阵列、包括该电极结构阵列和传感器的多功能传感器阵列以及包括他们的各种传感装置。电极结构阵列包括第一电极层和第二电极层，第一电极层包括在该层内平铺的一个以上彼此平行的具有第一电极图案的绝缘基底和形成在该基底上的导电层，第一电极图案包括一个或多个能沿第一方向拉伸的第一可拉伸结构和一个或多个第一接线端，其中第一可拉伸结构与第一接线端交替相连，第二电极层包括在该层内平铺的一个以上彼此平行的具有第二电极图案的绝缘基底和形成在该基底上的导电层，第二电极图案包括一个或多个能沿第二方向拉伸的第二可拉伸结构和一个或多个第二接线端，其中第二可拉伸结构与第二接线端交替相连。

技术领域

本发明涉及一种新型的电极结构或电极结构阵列和基于该电极结构阵列的传感器阵列，以及包括它们的电子皮肤或可穿戴装置。

背景技术

人类躯体感觉系统是一个复杂的网络，它将外界环境刺激通过各种感官受体(机械刺激感受器、温度感受器、痛觉感受器等)转化为电脉冲经过神经通路传导，使人的皮肤可以感受触觉、温觉和痛觉等。由机械柔性传感器网络组成的电子皮肤已经发展到可以通过监测和量化周围环境中的各种刺激来模仿人类躯体感觉系统的程度，但目前报告的电子皮肤一般只能对一种或两种外界刺激进行监测。参见，例如Hammock,M.L.,et al.,25thanniversary article:The evolution of electronic skin(e-skin):a brief history,design considerations,and recent progress.Adv Mater,2013.25(42):p.5997-6038；和Bauer,S.,et al.,25th anniversary article:A soft future:from robots andsensor skin to energy harvesters.Adv Mater,2014.26(1):p.149-61。实现对多重刺激的同时监测是电子皮肤的重要发展趋势(参见，例如，Chortos,A.and Z.Bao,Skin-inspired electronic devices.Materials Today,2014.17(7):p.321-331)，同时模仿感受器在人体皮肤内的不同密度分布以调控对外界刺激的探测范围也是非常重要的。

在(电子)可穿戴产品领域，也存在着尽可能轻便和小型的设备中实现对多重刺激或环境信号同时进行传感和检测的需求。

因此，本发明的发明人精巧地设计出一种电极结构(阵列)，通过常规的微纳加工技术或软光刻技术等工艺就制备得到了可拉伸、可扩展、可调控的柔性基底，并可以在此基底上集成包括温度、湿度、光、磁、应力、化学等多种传感器以同时实现多功能监测和成像，由此解决了对外界多重刺激的监测和成像、探测区域可调控和大面积扩展应用的问题。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种电极结构，包括第一电极层和第二电极层，

第一电极层包括具有第一电极图案的绝缘基底和形成在该基底上的导电层，第一电极图案包括能沿第一方向拉伸的第一可拉伸结构和第一接线端，

第二电极层包括具有第二电极图案的绝缘基底和形成在该基底上的导电层，第二电极图案包括能沿第二方向拉伸的第二可拉伸结构和第二接线端，并且第二方向不同于第一方向，

其中，第一电极层与第二电极层如下进行叠置，使得第一电极图案的第一可拉伸结构和第二电极图案的第二可拉伸结构不发生搭接，而第一接线端与第二接线端部分相交，其中第一接线端与第二接线端在相交处绝缘，而第一接线端与第二接线端各自未相交的部分相对布置，从而形成用于容纳并电连接电子器件的节点。

上述的电极结构也可以被认为是一种单元电极结构。单元电极结构在一维或二维方向上的重复就可以构成电极(结构)的阵列。

本发明因此还提供了一种电极结构阵列，包括第一电极层和第二电极层，