用于接觸壓力測(cè)量的高柔彈性電子皮膚的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于接觸壓力測(cè)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(shè)置銀納米線AgNws導(dǎo)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(dǎo)線陣列通過(guò)PDMS相紙?jiān)还袒椒ㄖ糜赑DMS基底上；多孔PDMS膜的孔內(nèi)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(gòu)成基于電容原理的壓力傳感単元，金屬Au與銀納米線AgNws導(dǎo)線電連接。本實(shí)用新型的功能是實(shí)現(xiàn)接觸壓力檢測(cè)，不但具有高柔彈性，還具有超薄、輕量化、靈敏度高、可擴(kuò)展性好等重要特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
用于接觸壓力測(cè)量的高柔彈性電子皮膚
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及電子皮膚，具體是一種用于接觸壓力測(cè)量的高柔彈性電子皮膚。 【背景技術(shù)】
[0002]電子皮膚可以通過(guò)附著于機(jī)器人的表面，幫助其獲知外界的刺激，并做出恰當(dāng)?shù)幕貞?yīng)，直接關(guān)系到機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備、人體假肢、可穿戴設(shè)備等載體的智能化和多功能化，可廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活、康復(fù)醫(yī)療等諸多領(lǐng)域。電子皮膚的設(shè)計(jì)要求包括兩方面，第一，電子皮膚應(yīng)該能夠準(zhǔn)確獲得周圍環(huán)境的各種信息，這主要通過(guò)傳感器陣列來(lái)實(shí)現(xiàn);第二，電子皮膚應(yīng)該像人類的皮膚一樣，不但具有感受外界環(huán)境信息的能力，還要能夠覆蓋于機(jī)器人載體復(fù)雜的三維表面和活動(dòng)的關(guān)節(jié)，具備一定的柔性與彈性。電子皮膚種類繁多，而用于接觸壓力測(cè)量的高柔彈性電子皮膚是其中最具挑戰(zhàn)性且應(yīng)用潛力最大的。
[0003]CN205175585公開(kāi)了一種用于測(cè)量接觸壓力的柔性電子皮膚，其基于壓阻式，缺點(diǎn)在于導(dǎo)線和電極的抗磨損性能較差，經(jīng)過(guò)反復(fù)的擦拭，銀納米線表面會(huì)受損，且傳感器的靈敏度不高。因此，有必要提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、可擴(kuò)展性好、并且能夠準(zhǔn)確測(cè)量接觸壓力的高柔彈性電子皮膚?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型旨在解決現(xiàn)有電子皮膚不能兼顧高柔彈性以及接觸壓力測(cè)量功能的問(wèn)題，而提供一種用于測(cè)量接觸壓力的高柔彈性電子皮膚。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種用于接觸壓力測(cè)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(shè)置銀納米線AgNws導(dǎo)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(dǎo)線陣列通過(guò)PDMS相紙?jiān)还袒椒ㄖ糜赥OMS基底上；多孔TOMS膜的孔內(nèi)鑲嵌有圓形PDMS薄片，圓形PDMS薄片的上、下表面通過(guò)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(gòu)成基于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(dǎo)線電連接。
[0007]采用上述技術(shù)方案的本實(shí)用新型，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:
[0008]本實(shí)用新型采用PDMS相紙?jiān)还袒椒ㄖ谱縻y納米線導(dǎo)線和電極，可得到較為蓬松的銀納米線電極表面，并大大提高電極表面的粗糙度，從而提高傳感器的靈敏度，并在一定程度上改善電極的耐磨損性能，可用于檢測(cè)脈搏、心率等細(xì)微壓力的變化;本實(shí)用新型的中間傳感層基于電容原理，采用鑲嵌于多孔TOMS的平板電容器實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能，其優(yōu)點(diǎn)在于可進(jìn)一步減小電子皮膚的厚度，使電子皮膚更薄，更適合應(yīng)用于狹小空間等特殊環(huán)境，尤其在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域意義重大。
[0009]作為優(yōu)選，本實(shí)用新型更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:[〇〇1〇]上電極層、下電極層的銀納米線AgNws導(dǎo)線陣列為平行導(dǎo)線陣列，并且垂直交叉覆蓋于中間傳感層的兩側(cè)，上、下兩層銀納米線AgNws導(dǎo)線的交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)壓力傳感單元?！靖綀D說(shuō)明】

[0011]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的層狀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的截面結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(dǎo)線陣列31?！揪唧w實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]參見(jiàn)圖1，一種用于測(cè)量接觸壓力的高柔彈性電子皮膚，從外至內(nèi)依次由上電極層 1、中間傳感層2、下電極層3構(gòu)成。
[0017]參見(jiàn)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(guò)PDMS相紙?jiān)还袒椒ㄔO(shè)置有上電極層銀納米線AgNws導(dǎo)線陣列11，下電極層3的 PDMS基底上表面上通過(guò)PDMS相紙?jiān)还袒椒ㄔO(shè)置有下電極層銀納米線AgNws導(dǎo)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(nèi)鑲嵌有圓形TOMS薄片，圓形 PDMS薄片的上、下表面通過(guò)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(gòu)成基于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(dǎo)線陣列11和下電極層銀納米線AgNws導(dǎo)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(dǎo)線陣列為平行導(dǎo)線陣列，并且垂直交叉覆蓋于中間傳感層2的兩側(cè)，上、下兩層銀納米線AgNws導(dǎo)線的交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)壓力傳感單元22。 [0〇19]上電極層1、下電極層3的厚度優(yōu)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(jiàn)圖3,當(dāng)電子皮膚的受力點(diǎn)采集到壓力并傳送到壓力傳感單元22時(shí)，引起了壓力傳感単元22中的電容器的介質(zhì)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(shí)現(xiàn)對(duì)接觸壓力的測(cè)量。
[0021]上述電子皮膚的尺寸可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整，本實(shí)施例為8X8電容傳感單元陣列。
[0022]以上僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的權(quán)利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效功能變換，或直接或問(wèn)接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均包括在本實(shí)用新型的權(quán)利范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于接觸壓力測(cè)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(shè)置銀納米線AgNws導(dǎo)線陣列，中間 傳感層以多孔PDMS膜為基材;其特征在于:上電極層、下電極層的銀納米線AgNws導(dǎo)線陣列通過(guò)H)MS相紙?jiān)还袒椒ㄖ糜赑DMS 基底上；多孔PDMS膜的孔內(nèi)鑲嵌有圓形PDMS薄片，圓形PDMS薄片的上、下表面通過(guò)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(gòu)成基于電容原理的壓力 傳感単元，壓力傳感單元的上、下兩表面與銀納米線AgNws導(dǎo)線電連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于接觸壓力測(cè)量的高柔彈性電子皮膚，其特征在于:上電極 層、下電極層的銀納米線AgNws導(dǎo)線陣列為平行導(dǎo)線陣列，并且垂直交叉覆蓋于中間傳感層 的兩側(cè)，上、下兩層銀納米線AgNws導(dǎo)線的交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)壓力傳感單元。
【文檔編號(hào)】G01L1/14GK205691269SQ201620644828
【公開(kāi)日】2016年11月16日
【申請(qǐng)日】2016年6月27日 公開(kāi)號(hào)201620644828.5, CN 201620644828, CN 205691269 U, CN 205691269U, CN-U-205691269, CN201620644828, CN201620644828.5, CN205691269 U, CN205691269U
【發(fā)明人】周建輝, 及沖沖, 司新毅, 余志永, 劉迎娟, 趙賀鳴, 戴靜
【申請(qǐng)人】華北理工大學(xué)