[发明专利]一种纹理识别压力传感器阵列及其制作方法

说明书

一种纹理识别压力传感器阵列及其制作方法，该传感器阵列包括压力敏感层、分别设置在压力敏感层两侧的两个电极层和包裹压力敏感层与电极层的聚合物弹性体，压力敏感层包括激光诱导多孔石墨烯薄膜，聚合物弹性体填充于激光诱导多孔石墨烯薄膜的孔隙内，激光诱导多孔石墨烯薄膜形成图形化阵列结构，压力敏感层一侧的电极层包括对应于图形化阵列结构设置的横向电极阵列，压力敏感层另一侧的电极层包括对应于图形化阵列结构设置的纵向电极阵列，横向电极阵列和纵向电极阵列电极在图形化阵列结构所在的压力敏感区交错分布。由此实现微尺寸、高密度、可检测压力大小和分布的压力传感器阵列，具有阵列化压力触觉感知能力和纹理识别功能。

技术领域

本发明涉及柔性触觉传感器领域，特别是一种纹理识别压力传感器阵列及其制作方法。

背景技术

随着大数据和物联网技术的发展，对传感器的功能和检测位置的要求越来越高。柔性触觉传感器阵列具有压力感知、形状感知和纹理识别的能力和柔顺性，可以作为电子皮肤，用于机器人执行器或智能假肢表面，为智能机器人及残疾人提供触觉信息；也可用于可穿戴设备，实现人机交互、生理信号检测等功能。

然而，如何使触觉传感器阵列实现高密度、图形化纹理结构和形状的压力识别，是现有技术亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种纹理识别压力传感器阵列及其制作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种纹理识别压力传感器阵列，包括压力敏感层、分别设置在所述压力敏感层两侧的两个电极层和包裹所述压力敏感层与所述电极层的聚合物弹性体，所述压力敏感层包括激光诱导多孔石墨烯薄膜，聚合物弹性体填充于所述激光诱导多孔石墨烯薄膜的孔隙内，所述激光诱导多孔石墨烯薄膜形成图形化阵列结构，所述压力敏感层一侧的电极层包括对应于所述图形化阵列结构设置的横向电极阵列，所述压力敏感层另一侧的电极层包括对应于所述图形化阵列结构设置的纵向电极阵列，所述横向电极阵列和所述纵向电极阵列电极在所述图形化阵列结构所在的压力敏感区交错分布。

进一步地：

所述电极层包括由导电银浆、导电碳浆或PEDOT:PSS导电聚合物形成的印刷电极，所述横向电极阵列和所述纵向电极阵列由所述印刷电极形成。

所述电极层还包括与所述印刷电极相连的FPC连线电极。

所述聚合物弹性体为聚二甲基硅氧烷PDMS弹性体。

所述激光诱导石墨烯薄膜11的孔隙率为25％-90％。

所述图形化阵列结构包括呈阵列化排布的多个矩形单元，所述图形化阵列结构的单元边长为50-500μm，单元间距为50-500μm，厚度为40-200μm。

所述横向电极阵列和所述纵向电极阵列的电极宽度与所述图形化阵列结构的单元边长一致，电极间距与单元间距一致，厚度为8-24μm。

所述聚合物弹性体包括中间层和两侧包覆层，所述中间层为由正己烷稀释后形成的PDMS薄膜，所述两侧包覆层为未经稀释的PDMS薄膜，所述中间层和所述两侧包覆层形成为一体，所述中间层分布于所述图形化阵列结构的单元之间，所述中间层的厚度小于所述图形化阵列结构的单元的厚度但相差不大于20μm。

一种所述的纹理识别压力传感器阵列的制作方法，包括以下步骤：

S1、准备聚酰亚胺薄膜；

S2、使用图形化的掩模，用激光扫描烧蚀聚酰亚胺薄膜，形成图形化的激光诱导多孔石墨烯薄膜；

S3、在激光诱导多孔石墨烯薄膜和聚酰亚胺薄膜表面形成PDMS薄膜；

S4、使用刻蚀掩模，刻蚀去除激光诱导多孔石墨烯薄膜表面多余的PDMS薄膜；