[发明专利]基于可拉伸半导体的多功能传感电子皮肤及其制备方法

说明书

本发明提出了基于可拉伸半导体的多功能传感电子皮肤，包括弹性体基板、导体电极和可拉伸聚合物半导体传感材料层；所述弹性体基板设在最底层；所述导体电极嵌入固定在弹性体基板中，导体电极与外部的电阻检测装置相连；所述可拉伸聚合物半导体传感材料层固定在最顶层。本多功能传感电子皮肤结构简单，制作更加便捷，在保持良好的机械拉伸性的同时，具有多种刺激的传感能力，可以实现对拉力、压力、温度、可见光的传感，功能更多，实用性更强。

技术领域

本发明属于可拉伸电子器件领域，具体涉及一种基于可拉伸半导体的多功能传感电子皮肤及其制备方法。

背景技术

可拉伸电子由于具有类似皮肤的可拉伸性，在可穿戴传感设备、软机器人以及电子皮肤等领域具有巨大的应用前景和广泛的需求。传统的电子材料，尤其是半导体材料，从无机到有机，均是刚性不可拉伸的，难以直接应用于可拉伸电子器件。为了实现材料的机械可拉伸性，通常使用特殊的机械结构，例如：平面外褶皱、平面内蛇形、具有可变形互连的刚性岛和剪纸结构，来适应或消除不可伸展材料在被拉伸时的机械应变。但是通过结构设计实现材料可拉伸性的方法往往有结构复杂、工艺流程多、制作成本高的缺点。本征可拉伸聚合物电子材料，包括导体、弹性体、以及半导体，因其自身的可拉伸性、易加工性、和低成本，而被认为是很前途的电子材料。本征可拉伸聚合物电子材料使构建具有简单结构的可拉伸器件成为可能。

电子皮肤是基于传感功能材料对外界环境信息进行电信号反馈，以模仿人类皮肤感知功能的一种可拉伸器件。目前的电子皮肤已经能够实现对环境中的应力、温度、光照进行多功能传感。现有多功能传感电子皮肤的实现方式一般是将具有不同传感能力的功能材料复杂地集成在一起，依赖于多个具有独立功能传感器的整合。虽然可以实现多种传感能力，但需要多种不同传感能力材料的集成，高度复杂的器件结构设计和过多的制备步骤，导致制备效率低、耗时长，不利于推广应用。并且现有大部分多功能传感电子皮肤是由非本征可拉伸材料的通过复杂的器件结构设计来实现可拉伸性的，因而进一步增加了其结构复杂性。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于本征可拉伸聚合物半导体的多功能传感电子皮肤，本电子皮肤制作更加便捷，除了具有本征可拉伸性，还具有对多种环境刺激的传感能力，可以通过单层传感材料实现对拉力、压力、温度、可见光的传感，结构更简单，功能更多，实用性更强。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于可拉伸半导体的多功能传感电子皮肤，包括弹性体基板、导体电极和可拉伸聚合物半导体传感材料层；所述弹性体基板设在最底层；所述导体电极嵌入固定在弹性体基板中，导体电极与外部的电阻检测装置相连；所述传感材料层固定在最顶层。

优选地，所述弹性体基板采用聚二甲基硅氧烷材质；所述导体电极采用银纳米线；所述传感材料层采用聚3-己基噻吩-2，5-二基纳米纤维、聚二甲基硅氧烷的复合聚合物半导体材料。

相应的，本发明还提出了基于上述多功能传感电子皮肤的制备方法：包括以下步骤：

1)将硅片依次放在丙酮、乙醇和去离子水中进行超声预清洁处理；

2)将图案化的聚酰亚胺薄膜掩模置于硅片上；

3)将银纳米线溶液滴于聚酰亚胺薄膜掩模上，在一定温度下干燥一段时间，去除聚酰亚胺薄膜掩模，得到图案化的银纳米线电极；

4)将聚二甲基硅氧烷旋涂在图案化的银纳米线电极上，在一定温度下进行固化；

5)将固化的聚二甲基硅氧烷从硅片上剥离，银纳米线电极依靠物理粘附转移到聚二甲基硅氧烷衬底上；

6)将聚3-己基噻吩以一定浓度溶于无水间二甲苯中并冷却至室温；

7)将聚二甲基硅氧烷用间二甲苯稀释，并在室温下用磁力搅拌器搅拌均匀；