[发明专利]一种用于电子皮肤的柔性压敏薄膜材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种用于电子皮肤的柔性压敏薄膜材料及制备方法。所述柔性压敏薄膜材料由以下步骤制得：a、将铁基合金材料加热熔化后冷却研磨，制得铁基非晶合金纳米颗粒；b、利用3D打印技术制得三维多孔的聚二甲基硅氧烷薄膜材料；c、将铁基非晶合金纳米材料均匀填充到三维多孔的聚二甲基硅氧烷薄膜材料中，制得用于电子皮肤的柔性压敏材料。所述方法具有以下有益效果：本发明通过将铁基非晶合金材料填充到三维多孔的聚二甲基硅氧烷材料中，制备得到的柔性压敏材料的柔韧性和弹性性能好，导电性高，并且含有磁性，可广泛用于电子皮肤中。

技术领域

本发明涉及电子皮肤领域，具体涉及电子皮肤应变敏感材料，尤其是涉及一种用于电子皮肤的柔性压敏薄膜材料及制备方法。

背景技术

早在20世纪70年代，电子皮肤的概念就已经出现在很多科幻作品中，与此同时，科学家们也开始了对电子皮肤的不断探索，因为其在智能机器人、仿生假肢、健康监测等领域的有巨大应用前景。电子皮肤的基本单元是柔性应变传感器。然而，现有的应变敏感材料，因为导电性差、柔韧性差等缺点，极大地限制了电子皮肤的实际应用。所以，寻找新型应变传感材料迫在眉睫。

金属合金是人类最早并且至今仍在日常生活中使用最广泛的材料之一。然而，晶体金属合金的弹性极限范围很小，一般金属合金材料的弹性极限远小于0.5%,这是金属材料应用在电子皮肤领域最大的短板。快速急速冷却是制备新型合金材料的现代方法，这种方法可以将金属液体无序的原子结构保留下来，得到的非晶合金材料可以极大的提高其弹性极限范围，高达2%，是一般合金材料的几十倍。因此，非晶体合金材料在电子皮肤敏感材料中的应用广受关注。

专利申请号201310756674.X公开了一种凸起式柔软压敏元件及其研制方法，属于传感器技术领域。该压敏元件包括底层封装薄膜、凸起型压敏薄膜和凸起型顶层封装薄膜。其中，底层封装薄膜为边缘位置上覆合有一对薄型电极的绝缘薄膜，凸起型压敏薄膜是利用溶液混合法制备成的表面具有阵列式凸起块的导电高分子复合材料薄膜，凸起型顶层封装薄膜为表面具有阵列式凸起块的高分子材料薄膜。

专利申请号201310396009.4公开了一种压阻式电子皮肤及其制备方法，压阻式电子皮肤采用碳纳米管薄膜为导电层和具有微纳米图案的聚二甲基硅氧烷、聚苯二甲酸乙二酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯等材质为基底，使得基底具有高柔性易弯曲等优点，且其工作电压低，功耗小，灵敏度高、响应时间短。更为重要的是，此发明中采用图案化的柔性衬底作为基体，极大的提高了电子皮肤对外界微小作用力的灵敏度。

专利申请号201711133399.0公开了一种柔性电子皮肤传感器及其制备方法，其中，柔性电子皮肤传感器包括若干压力传感单元；压力传感单元由两片柔性且可伸缩的超薄PDMS膜、分别贴附于两片超薄PDMS膜之间的两片电极，以及设置于两片电极之间的复合压力传感膜组成；复合压力传感膜由若干聚苯胺中空纳米球和用于连接相邻聚苯胺中空纳米球的多壁碳纳米管组成；各压力传感单元利用等离子体处理机，并采用电极像素处理以形成呈设定面积的传感器阵列，此发明采用中空结构的复合压力传感膜，具有突出的弹性能力和超低的弹性模量。

专利申请号201620900658.2公开了一种电子皮肤，其包括粘性胶膜、柔性衬底、液态金属电路、传感器及电子控制芯片；粘性胶膜贴敷在所述柔性衬底的下表面，液态金属电路设于所述柔性衬底的上表面，传感器及电子控制芯片与所述液态金属电路电性连接。相比于传统的电子皮肤，设置液态金属电路的柔性电子皮肤具有更高的柔韧性和灵敏度。

由此可见，现有技术中用于电子皮肤应变敏感材料，特别是非晶体合金材料，普遍存在导电性低，柔韧性性差，弹性范围小等问题，限制了电子皮肤的进一步发展。

发明内容

为有效解决上述技术问题，本发明提出了一种用于电子皮肤的柔性压敏薄膜材料及制备方法，可有效提高电子皮肤敏感材料的导电性和柔韧性，拓展了应用范围。

本发明的具体技术方案如下：