用於接觸壓力測量的高柔彈性電子皮膚的製作方法

2023-05-18 08:32:21 2

用於接觸壓力測量的高柔彈性電子皮膚的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用於接觸壓力測量的高柔彈性電子皮膚。其上電極層、下電極層分別以PDMS為基底，PDMS基底上設置銀納米線AgNws導線陣列，中間傳感層以多孔PDMS膜為基材；上電極層、下電極層的銀納米線AgNws導線陣列通過PDMS相紙原位固化方法置於PDMS基底上；多孔PDMS膜的孔內鑲嵌有圓形PDMS薄片，圓形PDMS薄片的上、下表面蒸鍍一層金屬Au，圓形PDMS薄片及其上、下表面的金屬Au層構成基於電容原理的壓力傳感単元，金屬Au與銀納米線AgNws導線電連接。本實用新型的功能是實現接觸壓力檢測，不但具有高柔彈性，還具有超薄、輕量化、靈敏度高、可擴展性好等重要特點。
【專利說明】
用於接觸壓力測量的高柔彈性電子皮膚
技術領域
[0001]本實用新型涉及電子皮膚，具體是一種用於接觸壓力測量的高柔彈性電子皮膚。 【背景技術】
[0002]電子皮膚可以通過附著於機器人的表面，幫助其獲知外界的刺激，並做出恰當的回應，直接關係到機器人、醫療設備、人體假肢、可穿戴設備等載體的智能化和多功能化，可廣泛應用於生產生活、康復醫療等諸多領域。電子皮膚的設計要求包括兩方面，第一，電子皮膚應該能夠準確獲得周圍環境的各種信息，這主要通過傳感器陣列來實現;第二，電子皮膚應該像人類的皮膚一樣，不但具有感受外界環境信息的能力，還要能夠覆蓋於機器人載體複雜的三維表面和活動的關節，具備一定的柔性與彈性。電子皮膚種類繁多，而用於接觸壓力測量的高柔彈性電子皮膚是其中最具挑戰性且應用潛力最大的。
[0003]CN205175585公開了一種用於測量接觸壓力的柔性電子皮膚，其基於壓阻式，缺點在於導線和電極的抗磨損性能較差，經過反覆的擦拭，銀納米線表面會受損，且傳感器的靈敏度不高。因此，有必要提供一種結構簡單、靈敏度高、可擴展性好、並且能夠準確測量接觸壓力的高柔彈性電子皮膚。【實用新型內容】
[0004]本實用新型旨在解決現有電子皮膚不能兼顧高柔彈性以及接觸壓力測量功能的問題，而提供一種用於測量接觸壓力的高柔彈性電子皮膚。
[0005]本實用新型解決其技術問題，採用的技術方案是:
[0006]—種用於接觸壓力測量的高柔彈性電子皮膚，包括上電極層、中間傳感層、下電極層，上電極層、下電極層分別以PDMS為基底，PDMS基底上設置銀納米線AgNws導線陣列，中間傳感層以多孔PDMS膜為基材;上電極層、下電極層的銀納米線AgNws導線陣列通過PDMS相紙原位固化方法置於TOMS基底上；多孔TOMS膜的孔內鑲嵌有圓形PDMS薄片，圓形PDMS薄片的上、下表面通過電子束蒸鍍工藝蒸鍍一層金屬Au，圓形PDMS薄片及其上、下表面的金屬Au層構成基於電容原理的壓力傳感単元，壓力傳感單元的上、下兩表面與銀納米線AgNws導線電連接。
[0007]採用上述技術方案的本實用新型，與現有技術相比，其有益效果是:
[0008]本實用新型採用PDMS相紙原位固化方法製作銀納米線導線和電極，可得到較為蓬鬆的銀納米線電極表面，並大大提高電極表面的粗糙度，從而提高傳感器的靈敏度，並在一定程度上改善電極的耐磨損性能，可用於檢測脈搏、心率等細微壓力的變化;本實用新型的中間傳感層基於電容原理，採用鑲嵌於多孔TOMS的平板電容器實現檢測功能，其優點在於可進一步減小電子皮膚的厚度，使電子皮膚更薄，更適合應用於狹小空間等特殊環境，尤其在醫療設備領域意義重大。
[0009]作為優選，本實用新型更進一步的技術方案是:[〇〇1〇]上電極層、下電極層的銀納米線AgNws導線陣列為平行導線陣列，並且垂直交叉覆蓋於中間傳感層的兩側，上、下兩層銀納米線AgNws導線的交叉點對應壓力傳感單元。【附圖說明】

[0011]圖1是本實用新型實施例的層狀結構示意圖；
[0012]圖2是本實用新型實施例的截面結構示意圖；[0〇13]圖3是傳感單元的工作原理示意圖；
[0014]圖中:上電極層1;上電極層銀納米線AgNws導線陣列11;中間傳感層2;多孔PDMS膜 2 1;壓力傳感單元22;下電極層3;下電極層銀納米線AgNws導線陣列31。【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖及實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0016]參見圖1，一種用於測量接觸壓力的高柔彈性電子皮膚，從外至內依次由上電極層 1、中間傳感層2、下電極層3構成。
[0017]參見圖2,上電極層1、下電極層3分別以PDMS為基底，上電極層1的PDMS基底下表面上通過PDMS相紙原位固化方法設置有上電極層銀納米線AgNws導線陣列11，下電極層3的 PDMS基底上表面上通過PDMS相紙原位固化方法設置有下電極層銀納米線AgNws導線陣列 31;中間傳感層2以多孔PDMS膜21為基材，多孔PDMS膜21的孔內鑲嵌有圓形TOMS薄片，圓形 PDMS薄片的上、下表面通過電子束蒸鍍工藝蒸鍍一層金屬Au，圓形PDMS薄片及其上、下表面的金屬Au層構成基於電容原理的壓力傳感単元22,壓力傳感單元22的上、下兩表面的金屬 Au分別與上電極層銀納米線AgNws導線陣列11和下電極層銀納米線AgNws導線陣列31電連接。[〇〇18]上電極層1、下電極層3的銀納米線AgNws導線陣列為平行導線陣列，並且垂直交叉覆蓋於中間傳感層2的兩側，上、下兩層銀納米線AgNws導線的交叉點對應壓力傳感單元22。 [0〇19]上電極層1、下電極層3的厚度優選為0? 25mm;中間傳感層2的厚度約為0? lmm，Au 厚度約為50nm，可極大的提高電子皮膚的柔彈性。
[0020]參見圖3,當電子皮膚的受力點採集到壓力並傳送到壓力傳感單元22時，引起了壓力傳感単元22中的電容器的介質層形變，從而引起壓力傳感單元22的電容值C的變化，由此實現對接觸壓力的測量。
[0021]上述電子皮膚的尺寸可以根據實際需求調整，本實施例為8X8電容傳感單元陣列。
[0022]以上僅為本實用新型的優選實施例，並非因此限制本實用新型的權利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效功能變換，或直接或問接運用在其他相關的技術領域，均包括在本實用新型的權利範圍內。
【主權項】
1.一種用於接觸壓力測量的高柔彈性電子皮膚，包括上電極層、中間傳感層、下電極 層，上電極層、下電極層分別以PDMS為基底，PDMS基底上設置銀納米線AgNws導線陣列，中間 傳感層以多孔PDMS膜為基材;其特徵在於:上電極層、下電極層的銀納米線AgNws導線陣列通過H)MS相紙原位固化方法置於PDMS 基底上；多孔PDMS膜的孔內鑲嵌有圓形PDMS薄片，圓形PDMS薄片的上、下表面通過電子束蒸鍍 工藝蒸鍍一層金屬Au，圓形F>DMS薄片及其上、下表面的金屬Au層構成基於電容原理的壓力 傳感単元，壓力傳感單元的上、下兩表面與銀納米線AgNws導線電連接。2.根據權利要求1所述的用於接觸壓力測量的高柔彈性電子皮膚，其特徵在於:上電極 層、下電極層的銀納米線AgNws導線陣列為平行導線陣列，並且垂直交叉覆蓋於中間傳感層 的兩側，上、下兩層銀納米線AgNws導線的交叉點對應壓力傳感單元。
【文檔編號】G01L1/14GK205691269SQ201620644828
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月27日 公開號201620644828.5, CN 201620644828, CN 205691269 U, CN 205691269U, CN-U-205691269, CN201620644828, CN201620644828.5, CN205691269 U, CN205691269U
【發明人】周建輝, 及衝衝, 司新毅, 餘志永, 劉迎娟, 趙賀鳴, 戴靜
【申請人】華北理工大學