[发明专利]一种微图案化的柔性触觉传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及皮肤触觉传感器技术领域，具体涉及一种微图案化的柔性触觉传感器及其制备方法。

背景技术

触觉是人与外界环境直接接触时的重要感觉功能，柔性触觉传感器是实现电子皮肤技术的关键技术，其目的是模拟人类的感知能力，拥有卓越的发展前景。

目前，随着微电子技术的发展和各种有机材料的出现，已经提出了多种多样的柔性触觉传感器的研制方案，但目前大都属于实验室阶段，达到产品化的不多。

随着智能穿戴式电子设备变得越来越流行，在生产和研发过程中，其大量的工作一直致力于实现以满足智能穿戴式电子设备所需的高灵敏度的柔性触觉传感器。触觉传感器是一种能有效感知周围环境的传感器，它通常有很广的检测范围，单目前应用于该行业的触觉传感器，反应缓慢，灵敏度不高，从而制约着智能穿戴式电子设备行业的发展。

因此，利用新型微结构的电子材料以实现高性能的触觉传感器是目前非常有意义，及亟待解决的课题。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的上述问题，提供了一种微图案化的柔性触觉传感器及其制备方法，以解决现有柔性触觉传感器灵敏度低，检测能力受限的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种微图案化的柔性触觉传感器，包括若干个压力传感单元；所述压力传感单元由两片柔性且可伸缩的基板、相对设置于两片基板之间并分别与基板的内表面相连的两片电极，以及设置于两片电极之间的介电层组成；所述基板的内表面采用微图案处理设有荷叶微图案，所述基板材质为聚二甲硅氧烷；所述介电层由若干聚苯乙烯微球组成，所述介电层和电极与基板之间分别通过范德华力相贴合以实现封装；各压力传感单元利用等离子体处理机采用电极像素处理以形成呈设定面积的传感器阵列。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述基板的尺寸为长0.8cm、宽0.8cm、厚0.01cm。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述电极为黄金材质的金电极，所述金电极的所采用的金颗粒尺寸为120nm。

本发明还提供了一种微图案化的柔性触觉传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1，制造柔性、可伸缩的，且内表面上具有荷叶微图案的两片基板；

步骤S2，按照传感器阵列中各压力传感器单元的分布位置，将电极分别设置于两片基板的内表面；

步骤S3，将聚苯乙烯微球设置于电极表面；

步骤S4，将两片基板相叠合，以使得各压力传感器单元的两片电极一一对应相贴合，且两片基板之间利用聚二甲硅氧烷分子间的范德华力相贴合以实现封装。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述步骤S1中制造柔性、可伸缩的，且内表面上具有荷叶微图案的两片基板的具体步骤包括：

步骤S11，将固化剂与碱基单体充分混合，以制备聚二甲硅氧烷的预聚体，其中固化剂与碱基单体的重量比为10∶1；

步骤S12，将预聚体在室温下真空中脱气10分钟去除气泡，以得到聚二甲硅氧烷的混合溶液；

步骤S13，将混合溶液旋涂到预清洗过的荷叶叶面上，并在70℃下固2小时化以制得柔性且可伸缩的具有微型图案的基板，其中旋涂转速为400rpm。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述步骤S2中将电极分别设置于两片基板的内表面具体包括：

通过掩膜版溅射纳米金颗粒于基板的内表面，并将纳米金颗粒凝结成型；

掩膜版溅射以形成所采用的金颗粒尺寸为120nm的电极，其中，所述纳米金颗粒的尺寸为120nm。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述步骤S3中聚苯乙烯微球采用旋涂法涂设于电极表面以形成电介质，所述旋涂转速为200rpm。

本发明的微图案化的柔性触觉传感器及其制备方法可以达到如下有益效果：

本发明的微图案化的柔性触觉传感器，通过包括若干个压力传感单元；所述压力传感单元由两片柔性且可伸缩的基板、相对设置于两片基板之间并分别与基板的内表面相连的两片电极，以及设置于两片电极之间的介电层组成；所述基板的内表面采用微图案处理设有荷叶微图案，所述基板材质为聚二甲硅氧烷；所述介电层由若干聚苯乙烯微球组成，所述介电层和电极与基板之间分别通过范德华力相贴合以实现封装；各压力传感单元利用等离子体处理机采用电极像素处理以形成呈设定面积的传感器阵列，使得本发明的微图案化的柔性触觉传感器具有以下优点：

1、采用了天然荷叶上的微型结构，应用该微型结构使得柔性触觉传感器表面会更粗糙，接触点更多，从而提高了传感精度；