[发明专利]一种柔性器件

说明书

本发明涉及一种柔性器件，具体涉及可定位且具备压力感应的柔性器件，具体为：柔性器件为三明治结构，中间一层为绝缘层，由高分子绝缘薄膜组成，厚度为0.1‑1mm；绝缘层的上、下两层为可导电的水凝胶；其中，上层水凝胶为位置和压力敏感层，且均匀内嵌2‑4个电极；下层水凝胶的内嵌一个电极。本发明还提出了一种柔性器件的测量系统，由位置测量模块和压力测量模块构成。本发明可以实现压力感应和定位于一身，制作方法简便、绿色环保、具有良好的生物相容性、柔软可拉伸、弹性好，在可穿戴设备和生物医学领域具有潜在应用。

技术领域

本发明涉及一种柔性器件，具体涉及兼具定位和压力感应的柔性器件。

背景技术

随着科技的进步，触控定位器件逐渐走进了人们的生活，比如手机，平板电脑等都带有触控定位功能。而在实现触控定位功能的同时，触摸压力的感受越来越受到人们的重视。比如对于利用电子设备进行艺术创作的人，可以通过手指对屏幕的压力来控制画笔的粗细，大大简化了绘画工作；对于电子设备的常规操作，在传统的位置感受的同时加上压力感受，相当于增加了一个维度，可以精简操作步骤；放眼未来，对于一些截肢或者神经出现问题的人，他们无法利用触觉感知外界世界，而兼具定位和压力感受的电子皮肤就可以帮助他们，他们可以通过电子皮肤感受到身体的哪里与外界有触碰，同时还能感受到触碰的压力有多大，兼具定位和压力感应的器件能够大大提高这类人群的生活质量。

目前市面上兼具定位和压力感应的触摸器件都是基于硬质基材实现的，比如苹果公司的Force Touch技术。还有一种解决方案是将压力传感器放在手写笔上，通过手写笔感受压力，触摸屏感受位置。但这类硬基质触摸器件易碎，不可拉伸，生物相容性差，无法应用在可穿戴设备上。

水凝胶是一种能够吸收并保持大量水的三维网状高分子，其内部存在的化学交联或物理交联使其只能溶胀而不会溶解。水凝胶具有优异的粘弹性，质地与人类组织接近，生物相容性好，作为一种先进柔性材料，在很多领域具有广泛的应用。

近年来，有文章提出了一种能反映触摸位置的水凝胶器件，这种可定位柔性器件是一类区别于传统触摸屏的柔性触摸器件，能有效解决传统硬基质触摸屏的易碎、不可拉伸、生物相容性差等问题，具有柔软、可拉伸、弹性好、生物相容性好等特点。还有文章提出了一种能反映压力的水凝胶压力传感器。

但目前仍没有水凝胶器件可同时实现触摸位置和压力感应，而兼具定位和压力的触觉感应对于众多生物医学以及交互式便携传感应用至关重要。

[1]Kim C C,Lee H H,Oh K H,et al.Highly stretchable,transparent ionictouch panel[J].Science,2016,353(6300):682-687.

[2]Sun J Y,Keplinger C,Whitesides G M,et al.Ionic skin[J].AdvancedMaterials,2014,26(45):7608-7614.

发明内容

本发明针对现有技术的不足，公开了一种兼具定位和压力感应的柔性器件。

对于兼具定位和压力感应的柔性器件，本发明提出以下技术方案：所述器件为三明治结构，中间层为绝缘层，由高分子绝缘薄膜组成，厚度为0.1-1mm；绝缘层的上、下两层为可导电的水凝胶；其中，上层水凝胶为位置敏感层，且均匀内嵌2-4个电极；下层水凝胶为压力敏感层，且内嵌一个电极。

优选地，所述可导电水凝胶厚度为1-10mm；由聚丙烯酰胺水凝胶、聚丙烯酸水凝胶、海藻酸钠水凝胶其中的一种组成；且水凝胶中含有离子化合物或纳米材料中的一种或多种；离子化合物包括氯化钠、氯化锂、氯化钾、氯化钙、氯化镁、氯化铝、氯化锌、氯化铁、溴化钠、溴化锂、溴化钾、溴化钙、溴化镁、碳酸钠、碳酸钾、碳酸镁等，纳米材料包括四氧化三铁纳米颗粒、碳酸钙纳米颗粒、石墨烯、碳纳米管等。离子化合物和纳米材料可以增强水凝胶的导电性，增大压力敏感的范围。