[发明专利]基于单面内微触觉结构的传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于单面内微触觉结构的传感器的制备方法，包括将PDMS预聚体层旋涂于制膜钢板中设置有弧形凹坑的一侧表面上并将PET层压合于PDMS预聚体层上得到PDMS基底，将GPC墨水涂匀浇筑于ITO‑PET层的上表面形成GPC层，将PET层的一侧表面压合于GPC层上得到第一传感结构层；将GPC墨水涂匀浇筑于ITO‑PET层的上表面形成GPC层得到第二传感结构层，第二传感结构层的一侧表面上形成与砂纸对应的接触传感内微结构；将第一传感结构层、第二传感结构层以及PDMS基底依次自上而下叠放形成复合传感结构层，复合传感结构层用于接触传感。本方法能够低成本且高效的制备基于单面内微触觉结构的传感器，提高传感器内触觉传感结构识别纹理三维信息的准确度和稳定性。

技术领域

本发明涉及触觉传感器的技术领域，尤其涉及一种基于单面内微触觉结构的传感器的制备方法。

背景技术

人体皮肤不仅是保护我们的身体免受外部环境损害的有效屏障，也是我们感知周围环境的复杂传感器，例如物体形状，纹理，硬度，温度和湿度。因此，模拟人体皮肤特性的电子皮肤在机器人、医疗设备和假肢等领域具有巨大的应用潜力。近几年，对电子皮肤各个特性的研究很多，包括可拉伸、自愈性、触觉感知、湿度检测和温度检测等。其中，识别纹理三维信息的触觉感知便是一个研究热点。传统光滑表面的传感器由于与纹理之间的摩擦力太小，并不适合应用于识别纹理三维信息。受人体指纹的启发，已报道的触觉传感器一般是在传感器面向物体一侧设有独特的感知结构。例如，2018年学术期刊《small》第4卷，第16期发表了题为“Fingerprint-Inspired Flexible Tactile Sensor for AccuratelyDiscerning Surface Texture”的论文，报道了一种由单壁碳纳米管(SWNTs)、聚乙烯(PE)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)与微金字塔阵列组装而成的新型柔性触觉传感器，该传感器具有互锁和外部微金字塔阵列，可以检测到外部微金字塔结构与被测材料表面之间的动态相互作用引起的剪切力变化，可以识别的微条纹的最小尺寸低至15μm×15μm(间隔×宽度)，但是这种独特的微金字塔阵列是通过光刻的硅模板制备出来的，光刻只能实现一些非常基本的三维形状，同时，光刻不可避免地需要二元曝光机、蚀刻机等昂贵的设备，并且需要设计结构，经济成本和时间成本都比较高；同时，两个对称的内金字塔层的轻微错位可能会导致两层金字塔断触，即传感器发生断路，而识别纹理宽度是通过传感器滑过纹理时产生的电流的时间差来推算的，因此，对称的内金字塔层并不适用于识别纹理三维信息。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于单面内微触觉结构的传感器的制备方法，旨在解决现有技术方法中所存在的基于内微触觉结构传感器制备成本高的问题。

第一方面，本发明实施例公开了一种基于单面内微触觉结构的传感器的制备方法，方法包括将聚二甲基硅氧烷弹性体与固化剂混合得到PDMS预聚体，在所述PDMS预聚体中加入石墨烯粉末并搅拌得到GPC墨水；将所述PDMS预聚体层旋涂于制膜钢板中设置有弧形凹坑的一侧表面上，将PET层压合于所述PDMS预聚体层上，剥离所述制膜钢板得到PDMS基底，所述PDMS基底上表面形成与所述弧形凹坑对应的条状凸起结构；将GPC墨水涂匀浇筑于ITO-PET层的上表面形成GPC层，将另一PET层的一侧表面压合于所述GPC层上，加热浇筑形成的所述GPC层后，剥离所述PET层得到第一传感结构层；将GPC墨水涂匀浇筑于所述ITO-PET层的上表面形成GPC层，将砂纸的磨砂面压合于所述GPC层上，加热浇筑形成的所述GPC层后，剥离所述砂纸得到第二传感结构层，所述第二传感结构层的一侧表面上形成与所述砂纸对应的接触传感内微结构；将所述第一传感结构层、所述第二传感结构层以及所述PDMS基底依次自上而下叠放形成复合传感结构层，所述复合传感结构层用于接触传感；将PI胶带贴合于所述复合传感结构层的边缘封装固定得到所述传感器，所述复合传感结构层用于接触传感。

进一步地，剥离制膜钢板得到PDMS基底之前，方法还包括将PDMS预聚体层置于80-100℃的温度环境下进行固化。