[发明专利]一种用于机器人电子皮肤的导电磁性材料及制备方法

说明书

本发明涉及电子皮肤领域，公开了一种用于机器人电子皮肤的导电磁性材料及制备方法。包括如下制备过程：（1）将聚丙烯腈粉末、聚苯乙烯粉末、有机溶剂与去离子水混合制得纺丝液；（2）进行静电纺丝，制得聚丙烯腈/聚苯乙烯纳米纤维膜；（3）将纳米纤维膜进行高温碳化，制得多孔碳纳米纤维柔性膜；（4）在多孔碳纳米纤维柔性膜上原位生长四氧化三铁纳米粒子，制得用于机器人电子皮肤的导电磁性材料。本发明制备得到的多孔碳纳米纤维膜，孔径大小均一，柔性和导电性能良好，使得生长在上的磁性四氧化三铁粒子结合牢固、不易脱落，制备得到的电子皮肤具有良好的柔韧性、导电性和磁性，拓宽了电子皮肤的应用。

技术领域

本发明涉及电子皮肤领域，公开了一种用于机器人电子皮肤的导电磁性材料及制备方法。

背景技术

电子皮肤，又名新型可穿戴柔性仿生触觉传感器，是贴在“皮肤”上的电子设备，因而习惯性的被称为电子皮肤。相较于传统的刚性触觉传感器，电子皮肤更加轻薄柔软，可被加工成各种形状，像衣服一样附着在人体或者是机器人的身体表面，使其具备感觉和触觉。目前，电子皮肤主要应用于人体生理参数检测和机器人柔性触觉传感器两大领域。通过将电子皮肤安装到人体对应的关键部位，从而实现人体心率、血压、肌肉张力等生理参数的检测。

通过将电子皮肤贴附在机器人手指、手臂上，使得机器人获得了感受外界触摸力的能力 按照电子皮肤的基本构造划分，电子皮肤的材料可以分为敏感材料和基底材料两大类。其中，敏感材料作为电子皮肤的灵魂，能够直接影响电子皮肤精准度、抗干扰、低成本、微型化等多项性能指标，因此备受研发人员的关注和重视。

目前，主要生产的电子皮肤具有功能性单一等缺点，限制了电子皮肤的进一步发展应用。因此，为了满足日益增长的工业需要，研究和开发具有柔韧性、导电、磁性的电子皮肤材料具有重要的意义。但是现有的一些功能材料，比如磁性四氧化三铁粒子往往与敏感材料结合不紧密，限制了其在电子皮肤中的应用。

中国发明专利申请号201711111133.6公开了一种高强度自修复导电磁性电子皮肤材料及其制备方法。该方法将聚吡咯包裹在纳米纤维素表面，并固载Fe₃O₄磁性粒子，然后加入到琼脂糖水溶液中混合均匀，制备出高强度自修复导电磁性电子皮肤材料。该发明利用纳米纤维素/聚吡咯/Fe₃O₄复合物使得琼脂糖水凝胶同时具有高强度、导电性和磁性性能，改进了普通琼脂糖水凝胶的低强度、无导电性和无磁性的三大缺点，使其可作为一种新型多功能电子皮肤材料。

中国发明专利申请号201711128891.9公开了一种基于天然纤维素纳米纤维的电子皮肤及其制备方法，采用抽滤或静电吸附法将碳纳米管、石墨烯、银纳米线等导电纳米材料固定在细菌纤维素（BC）纳米纤维膜上赋予纤维膜导电特性；将作为介电层的聚乙烯薄膜置于两片厚度均一的导电BC纳米纤维膜中间构成微型可拉伸、可压缩电容器，即制得基于天然纤维素纳米纤维的电子皮肤。该发明首次制备了基于天然纤维素材料的电子皮肤，为寻找替换合成高聚物的生物相容性更好的电子皮肤提供了技术支持，具有较好的医学应用前景。

根据上述，现有方案中用于电子皮肤的敏感材料存在功能性单一的缺陷，在研究新型多功能电子皮肤材料中，如导电和磁性复合材料，往往存在功能材料与敏感材料结合不紧密的问题，使得功能效果不理想，限制了发展应用。

发明内容

目前应用较广的电子皮肤敏感材料存在功能性单一的缺陷，而新型多功能电子皮肤材料中，如导电和磁性复合材料，存在功能材料与敏感材料结合不紧密的问题，致使电子皮肤材料柔韧性、导电性和磁性均不佳。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于机器人电子皮肤的导电磁性材料的制备方法，制备的具体过程为：

（1）将聚丙烯腈粉末、聚苯乙烯粉末加入有机溶剂中，再加入去离子水，加热并搅拌溶解，制得纺丝液；