[发明专利]具有微圆锥台基底的压阻式柔性触觉传感器及其制造方法

权利要求书

1.一种具有微圆锥台基底的压阻式柔性触觉传感器，其特征在于：所述柔性触觉传感器主要由柔性薄膜基底(1)、电极阵列(2)、石墨烯薄膜阵列(3)和微圆锥台基底(4)从上至下依次层叠而成，柔性薄膜基底(1)作为电极支撑，微圆锥台基底(4)作为底部支撑并且用于接收外部力刺激。

2.根据权利要求1所述的一种具有微圆锥台基底的压阻式柔性触觉传感器，其特征在于：所述的石墨烯薄膜阵列(3)主要由石墨烯薄膜片在同一平面阵列排布而成，形成M行×N列的阵列结构，所述的电极阵列(2)主要由布置在石墨烯薄膜阵列(3)上位于石墨烯薄膜片两侧的条状电极组成。

3.根据权利要求2所述的一种具有微圆锥台基底的压阻式柔性触觉传感器，其特征在于：所述电极阵列(2)与石墨烯薄膜阵列(3)紧密贴合，每一个石墨烯薄膜片表面的两侧布置有条状电极，每一个石墨烯薄膜片由两个条状电极相连形成闭合回路，并且石墨烯薄膜阵列(3)中每一行的一侧电极通过外围电路串联，每一列的另一侧电极通过外围电路串联。

4.根据权利要求1所述的一种具有微圆锥台基底的压阻式柔性触觉传感器，其特征在于：所述的微圆锥台基底(4)主要是由聚二甲基硅氧烷膜和膜表面的圆锥台形凸台阵列构成，单个凸台高度约为15～25μm，凸台底部直径20～30μm，圆锥角度50～60°，整个基底厚度约为100～120μm。

5.根据权利要求1所述的一种具有微圆锥台基底的压阻式柔性触觉传感器，其特征在于：所述的石墨烯薄膜在受外力作用时内部导电率发生改变，通过石墨烯薄膜感测为电阻变化，进而转换获得所受力的大小。

6.用于权利要求1-5任一所述具有微圆锥台基底的压阻式柔性触觉传感器的制造方法，包括以下步骤：

1)将聚二甲基硅氧烷的主剂与固化剂混合均匀，在玻璃基片上旋涂，加热固化后得到柔性薄膜基底(1)；

2)制作带有图案的电极掩膜版，利用光刻方法将电极掩膜版的图案转移到柔性薄膜基底(1)表面的光刻胶上，采用磁控溅射方法将金属电极制造在柔性薄膜基底(1)上，得到电极阵列(2)；

3)将石墨烯和聚二甲基硅氧烷均匀混合，以旋涂方法在柔性薄膜基底(1)上的电极阵列(2)表面制备微米级别的石墨烯薄膜，加热固化；

4)制作带有图案的薄膜掩膜版，利用光刻方法将薄膜掩膜版的图案转移到石墨烯薄膜表面的光刻胶上，采用等离子体刻蚀将薄膜掩膜版图案以外的石墨烯薄膜除去，得到石墨烯薄膜阵列(3)；

5)制作带有图案的硅模具掩膜版，利用光刻方法将硅模具掩膜版的图案转移到硅片表面的光刻胶上，利用湿法刻蚀制造具有与微圆锥台对应凹槽结构的硅模具；

6)对硅模具进行脱模处理后，将聚二甲基硅氧烷(PDMS)的主剂与固化剂混合均匀，在硅模具上浇注聚二甲基硅氧烷(PDMS)，压实后加热固化后从硅模具上剥离得到微圆锥台基底(4)；

7)对微圆锥台基底(4)和石墨烯薄膜阵列(3)之间的连接表面进行等离子活性处理，然后将微圆锥台基底(4)与石墨烯薄膜阵列(3)对准贴合，压实后加热粘结，得到柔性触觉传感器。

7.根据权利要求6所述的一种具有微圆锥台基底的压阻式柔性触觉传感器的制造方法，其特征在于：所述的柔性薄膜基底(1)和微圆锥台基底(4)材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

8.根据权利要求6所述的一种具有微圆锥台基底的压阻式柔性触觉传感器的制造方法，其特征在于：所述石墨烯薄膜所用材料是石墨烯纳米片和聚二甲基硅氧烷，通过超声分散将石墨烯纳米片和聚二甲基硅氧烷均匀地分散在有机溶剂中，通过蒸发将有机溶剂除去，然后将石墨烯和聚二甲基硅氧烷的混合物以旋涂法制备成厚度为数微米厚的薄膜。