[发明专利]一种用于机器人电子皮肤的纤维复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种用于机器人电子皮肤的纤维复合材料及制备方法。所述纤维复合材料由以下步骤制得：a、将均苯四甲酸二酐与4,4’‑二苯醚二胺加入N‑甲基吡咯烷酮中，缩聚反应后湿法纺丝及热拉伸，制得中空聚酰亚胺纤维；b、将锡镓液态金属填充满中空聚酰亚胺纤维；c、置于室温环境中使锡镓液态金属固化，制得用于电子皮肤的纤维复合材料。所述方法具有以下有益效果：本发明采用中空结构的纤维材料并且填充液态金属，利用锡镓液态金属优异的导电性和固态时的良好拉伸性，所得纤维复合材料具有高的拉伸性和高导电性，在柔性可穿戴设备、柔性电子皮肤、智能机器人等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及电子皮肤领域，具体涉及复合纤维的制备，尤其是涉及一种用于机器人电子皮肤的纤维复合材料及制备方法。

背景技术

电子皮肤是一种可以模拟皮肤机械性能和感知能力的可穿戴电子设备。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。因此低电子皮肤柔性传感器的研究和应用广受重视。

现有的一些产品化的柔性触觉传感器所采用的材料虽然可以承受高应力，但灵敏度低，检测能力受限， 无法很好地应用于实际生活中，如采用柔性触觉传感器监测人体信号、检查呼吸疾病等。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，以及亟待解决的课题。液态金属具有导电性好、导热性好等优点，在柔性传感器乃至电子皮肤领域的应用越来越多。

专利申请号201710924015.0公开了一种可拉伸柔性功能导体。该可拉伸柔性功能导体，包括中空弹性纤维和液态金属；中空弹性纤维为弹性纤维，作为导体外壳，内部为中空的圆形流道；液态金属作为导体的导电媒介，灌封在中空弹性纤维的圆形流道内，成分为液态金属镓，及其共熔铟、锡的液态合金。

专利申请号201610834508.0公开了一种液态金属/二氧化钛纳米连续纤维的制备方法，包括以下步骤：将高分子量的PVP溶于去离子水中，搅拌均匀，滴加钛的前驱体溶液，充分搅拌，形成静电纺丝液；将静电纺丝液置于注射器中，施加高压，利用锡箔纸接收得到二氧化钛纳米纤维；将液态金属粉末熔融形成液态金属溶液，将二氧化钛纳米纤维转移到液态金属溶液中，高温烧结，取出，静置，得到液态金属/二氧化钛纳米连续纤维。

专利申请号201711039460.5公开了一种刚度可控的液态金属复合纤维材料，包括液态金属，液态金属中分布有磁性颗粒和纤维，在无磁场施加时，材料保持液态，具有良好流动性；在施加外部磁场时，磁性颗粒沿磁感线方向有序排布，纤维在磁性颗粒有序排布的约束下沿特定方向排布，使得受到外力作用时可以作为支架起到维持结构稳定的作用；当撤去外加磁场时，磁性颗粒重新散乱分布，纤维回到无约束状态，材料重新回到柔性状态。此发明通过模拟自然界中叶片的结构，在混有磁性颗粒的液态金属中添加纤维，通过磁场调控纤维的分布来实现材料的刚度调控，响应快速，控制精确，操作便捷，可以应用在柔性机器人及外骨骼等多种领域。

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，而且制作工艺更为简单，成本低、功耗低、携带方便，具有更加便捷的使用体验。

由此可见，现有技术中用于电子皮肤的柔性传感器灵敏度较低，而采用液态金属在提高灵敏度的同时，因纯液态金属的力学性质不佳，用于电子皮肤的复合材料拉伸性能不强，因此，目前普遍使用的电子皮肤材料拉伸性能和导电性不强成为制约电子皮肤发展的重要问题。

发明内容