[发明专利]一种快速可逆粘附与解粘附的电子皮肤及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种快速可逆粘附与解粘附的电子皮肤及其制备方法与应用。所述电子皮肤结构自下而上依次包含可逆粘接层、支撑层以及功能层，所述可逆粘接层的下表面具有微柱形阵列结构，所述可逆粘接层为形状记忆聚合物材料，所述支撑层为弹性体材料，所述功能层为导电材料。该电子皮肤可在高于人体温度上时实现人体皮肤表面贴合并在人体温度附近紧紧粘附，当再次将温度升至高于人体温度上时实现快速解粘附；具有高导电性，对人体各种形变具有高响应性，在柔性可穿戴设备、柔性贴片电极、智能机器人以及健康监测等领域都具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于人体可穿戴传感材料领域，具体涉及一种快速可逆粘附与解粘附的电子皮肤及其制备方法与应用。

背景技术

电子皮肤是指可直接贴附于皮肤表面，通过收集人体各项健康指标变化来实时记录人体健康状况的一类柔性电子传感材料。与传统的“医院式”健康检查相比，电子皮肤可满足用户随时随地监测记录生理健康信息而避免了医院的繁琐就医流程，具有便捷、高效和舒适等众多优点，在未来健康监测、远程护理、人机交互以及便携式可穿戴设备等领域具有重要的研究价值与应用前景。

近年来，高灵敏度电子皮肤的研制一直是科研人员关注的重心。如斯坦福大学鲍哲南等在2020年在Advanced Functional Materials(2020,30,2003491)上发表综述，特别指出了灵敏度在提升电子皮肤信号检测能力方面的重要意义，以及目前通过构筑微纳结构提升灵敏度的有效策略，为高灵敏电子皮肤的设计提供了依据。然而，由于作为检测对象的人体皮肤表面结构复杂、某些部位变形(如心跳、脉搏)微弱，高灵敏电子皮肤在实际穿戴应用时往往存在着输出信号弱、高噪音等问题。

以用于脉搏信号检测的电子皮肤为例，已知脉搏跳动的形变约为0.6％，强度则低至0.2kPa，因而除了灵敏度外，还对电子与皮肤的界面作用有更高的要求。捕捉脉搏信号的前提是力与变形对电子皮肤的传递，这要求电子与皮肤应具有高贴合(表面粗糙度比≤50％)与粘附性(皮肤粘附性≥1kPa)。但是目前大多数电子皮肤不能满足该要求，仍需要借助胶带来实现贴附与固定。因此具有表面微结构以及可逆皮肤粘附/解粘附的电子皮肤具有重要意义。

发明内容

为解决现有电子皮肤表面平整与人体皮肤贴合性差以及对皮肤无粘附能力的问题，本发明的首要目的在于提供一种快速可逆粘附与解粘附的电子皮肤。

本发明提供一种基于表面微柱状结构的快速可逆粘附/解粘附的电子皮肤，不仅能够实现与皮肤的贴合性，而且能够利用粘附层的形状记忆效应赋予其在人体温度附近对人体皮肤的可逆粘附/解粘附功能，有利于电子皮肤灵敏度的表达，可逆功能提升了电子皮肤的使用寿命以及便携性。

本发明的另一目的在于提供上述一种快速可逆粘附与解粘附的电子皮肤的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述一种快速可逆粘附与解粘附的电子皮肤的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种快速可逆粘附与解粘附的电子皮肤，其结构自下而上依次包含：可逆粘接层、支撑层以及功能层，所述可逆粘接层的下表面具有微柱形阵列结构，所述可逆粘接层为形状记忆聚合物材料，所述支撑层为弹性体材料，所述功能层为导电材料。

优选的，所述形状记忆聚合物材料为形状记忆环氧树脂、形状记忆聚氨酯、形状记忆聚氨酯丙烯酸酯和形状记忆液晶弹性体中的至少一种。

优选的，所述形状记忆聚合物材料的玻璃化转变温度(Tg)为37～45℃。

优选的，所述弹性体材料为硅橡胶、天然橡胶和热塑性弹性体中的至少一种；更优选为热塑性聚氨酯、天然橡胶和硅橡胶中的至少一种。所述支撑层具有一定拉伸性和回弹性。