[发明专利]一种高灵敏度柔性电子皮肤及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高灵敏度柔性电子皮肤及其制备方法，制备方法主要包括PDMS基片的制备、TCO薄膜的制备、多壁碳纳米管溶液的制备、压电复合材料的制备、粗糙模板的制备、压电传感器的成型、在各TCO上使用导电银浆迁出一根铜线，压电传感器从磨砂玻璃上剥离下来，和TCO薄膜结合在一起；高压极化电场下处理12小时。本发明得到的高灵敏度柔性电子皮肤主要由柔性电极及介电层两部分组成，不同于常规的柔性电子皮肤对大载荷下灵敏，对小载荷情况下依然保持灵敏度，用于人工智能、健康监测和仿生机器人。本发明的制备方法简单且可行且能够与测试其他参数(如温度、湿度等)的电子皮肤兼容，为制备出自发电的多种参数同步测量的电子皮肤打下基础。

技术领域

本发明涉及一种柔性电子技术领域，尤其是一种高灵敏度柔性电子皮肤的及其制备方法。

背景技术

柔性电子指的是电路和相应的电子原器件在弯曲时仍能保持其性能，因其独特优势(可折叠性、可拉伸)成为近些年的热点研究领域。和刚性基材制备的薄膜相比，柔性基材如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)上制备的柔性功能薄膜除了传统的性能外，还具有柔软性和可延伸性，是制备柔性薄膜太阳能、显示屏、薄膜晶体光等的重要组成部分。

电子皮肤的灵感来源于“人体”是由无数“电路”和“传感器”组成，包括大脑、神经系统和感觉系统(最明显的是皮肤)。简单的说，电子皮肤是将外界的物理刺激信号通过传感器转化为电信号，目标通过长期研究实现仿真人体皮肤的全部功能。在人造生物假肢、仿生机器人和人机结合领域有广阔的应用前景，在功能器件如有机发光器件、晶体管、光电探测器、生物应变传感器和电池领域也成为研究的热点，特别是在疾病的提前预防和动态监测领域有着重要的现实意义。

健康监测的方式大致分为体内监测和无创伤型体表监测，体表监测是通过高度敏感的可穿戴传感器与人体皮肤紧密结合，也可以与纺织品结合，监测人体或周围环境的生理参数。监测的主要生理参数包括：人体温度、湿度、心跳、不同位置的压应力，以及对人体形成的汗液进行分析通过反馈机制进行动态监测，然而无创伤体表监测还存在很多的技术问题需要解决，如信噪比低和表面易受到污染等。体内监测是指体内植入生物兼容性的柔性传感器检测体内生理参数，例如血管葡萄糖含量、桡动脉跳动频率。通过电子皮肤可以打破传统的被动治疗过程实现对很多非正常症状动态监测防患未然，而且个人无需昂贵的设备与专业的医护人员就可以监测自己的健康状态。

压电式柔性传感器是利用压电材料在应力作用下产生极化电场，从而产生电压和电流信号。压电传感器具有耐久性好而且机械稳定性强的优点，但其最大的优点是可以实现自我供电不需要外接电源，在多种传感器的集成化中可以为其他的传感原件提供电能。目前压电材料的选择只要分为两大类：压电陶瓷与压电聚合物。传统压电陶瓷如钛酸铅PZT具有很大的压电系数d33，但是由于铅的毒性一般不考虑使用。选用钛酸钡等无毒材料，但是不含铅的压电陶瓷压电系数较小。由于压电传感器对小载荷反应不灵敏，研究人员一般选用在介电层中加入石墨烯、碳纳米管或其他纳米线阵列增强其导电性或多种压电陶瓷粉末掺杂，但是金属纳米线以及纳米管难以分散均匀的问题导致器件制作可控性下降，使用压电聚合物如聚偏氟乙烯(PVDF)制备柔性传感器具有工艺简单、生物兼容性好等优点，但产生的电流信号强度低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高灵敏度柔性电子皮肤及其制备方法，以解决解决目前制备电子皮肤流程复杂，需要光刻等复杂操作且成本较高的问题。

一种高灵敏度柔性电子皮肤的制备方法，主要包括以下步骤：

(1)聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片的制备：取PDMS前聚物加入质量分数1％-10％的介孔二氧化硅纳米颗粒混合并磁力搅拌，然后按照PDMS和固化剂10:1的比例加入固化剂后继续搅拌，然后将混合物倒入培养皿中静置，再将培养皿真空干燥箱中反复抽气直到看不到气泡为止片；制备出均匀厚度的PDMS基片；