[发明专利]一种智能机器人快速响应压敏薄膜及制备方法

说明书

本发明的目的在于提出一种智能机器人快速响应压敏薄膜及制备方法。主要材料是一种YBa₂Cu₃O_7+δ/聚偏氟乙烯复合材料薄膜，其工艺是先将纳米YBa₂Cu₃O_7+δ与聚偏氟乙烯溶液均匀混合，再喷丝，将丝状物粉碎为纤维状粉末，最后平铺、极化、热压得到压敏薄膜，YBa₂Cu₃O_7+δ粉体颗粒尺寸为400〜800nm，纳米YBa₂Cu₃O_7+δ粉体与偏氟乙烯（PVDF）的重量比为1:1~50。在0.1~8MPa压强的应用范围内，电阻值存在5个数量级的变化，可广泛应用于智能机器人传感器，具有灵活、快速、敏感、精准相应性能。

技术领域

本发明属于传感器领域和材料领域，具体涉及一种智能机器人快速响应压敏薄膜及制备方法。

背景技术

随着智能化的程度提高，机器人传感器应用越来越多。智能机器人主要有交互机器人、传感机器人和自主机器人3种。从拟人功能出发，视觉、力觉、触觉最为重要，早已进入实用阶段，听觉也有较大进展，其它还有嗅觉、味觉、滑觉等，对应有多种传感器，所以机器人传感产业也形成了生产和科研力量。

传感器（Sensor）是一种常见的却又很重要的器件，它是感受规定的被测量的各种量并按一定规律将其转换为有用信号的器件或装置。对于传感器来说，按照输入的状态，输入可以分成静态量和动态量。我们可以根据在各个值的稳定状态下，输出量和输入量的关系得到传感器的静态特性。

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。在现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

另一方面，以尼龙、聚氟乙烯、聚氯乙烯、聚脲等为代表的高分子极化形成的高分子压电材料为满足压电材料无铅化、柔性化提供了可靠的技术支撑。其中β型聚偏氟乙烯具有强介电性，通过将聚偏氟乙烯极化，作为压电高聚物薄膜，用于液体、生物体及气体的换能器，成为一种极有前途的新型柔性高分子压电材料。然而，在极化后，膜的表面由于水、离子等外在介质的附着，会使偶极子逐步缓和，导致压电性衰减，一方面使用寿命较短，另一方面敏感精确度下降。

压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

随着智能机器人的快速发展和大规模应用，高灵活性、高灵敏度、快速响应要求越来越高，对于传感器来说，薄膜化、异形化、柔韧化、高灵敏度越来越重要。鉴于智能机器人发展的迫切需求和传统压电传感器存在的缺点，确有必要采用经济可行的工艺方法制备一种具有灵活、快速、敏感、精准相应性能的快速响应压敏薄膜传感器。对智能机器人的推广应用以及智能制造的进一步发展有至关重要的意义。

发明内容