[发明专利]一种压电-摩擦电混合型自驱动电子皮肤及其制备方法

说明书

本发明提供了一种压电‑摩擦电混合型自驱动电子皮肤，其特征在于，包括摩擦电传感部分以及设于其下侧的压电传感部分，所述的摩擦电传感部分包括柔性透明多孔电负性薄膜以及设于柔性透明多孔电负性薄膜下侧的第一柔性导电织物电极，所述的压电传感部分包括压电纳米纤维薄膜以及分别设于压电纳米纤维膜的上、下两侧的第二柔性导电织物电极和第三柔性导电织物电极，所述的压电纳米纤维膜通过静电纺丝技术得到，所述的柔性透明多孔电负性薄膜为以荷叶为模板制备得到的多孔结构。本发明制备得到的多功能柔性自驱动电子皮肤无需外部额外电源驱动，确保传感的准确性和人体穿戴的舒适性。

技术领域

本发明属于新型柔性传感器技术领域，具体涉及一种压电-摩擦电混合型自驱动电子皮肤及其制备方法。

背景技术

生物皮肤主要承担着防御保护、排汗可呼吸、感知冷热和压力等功能。电子皮肤是一类能够模仿人类皮肤保护、感知、调节等功能的可穿戴仿生触觉传感器。作为新型人造柔性电子器件，电子皮肤除了具备生物皮肤的基本功能外，还能够通过创造或再造感应响应系统，实现人类皮肤组织没有的特殊功能。电子皮肤关系到柔性机器人、医疗设备、人体假肢等载体的智能化和多功能化，是一个多学科交叉并迅速发展的领域。其中，具有人体生理信号监测功能的触觉传感型电子皮肤受到众多研究人员的广泛关注。这类传感器能够监测人体脉搏、心率、血压或血糖等指标，并将其转化为数字信号，为疾病预防和诊断提供参考依据。

近年来，研究者根据不同原理，设计不同的器件结构，逐步开发出性能不断优越、功能不断丰富的压电式电子皮肤。大多数电子皮肤不具备物体性质和形状传感、生理信号脉搏传感同时实现的功能。而且其制备过程大多涉及等离子体处理、物理气相沉积、化学气相沉积、磁控溅射等微纳处理手段，这些方法除了工艺复杂、成本高、流程长且需要外部电源供电，硬质笨重的电源不但影响了人体穿戴的舒适性，且无法与人体保持紧密无缝地贴合，极大地影响了传感信号的保真度。此外，频繁地更换电池或者充电也十分不便，尤其是在紧急情况。因此压电-摩擦电混合型自驱动电子皮肤的设计与制备是促进电子皮肤面向多领域实际应用的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种压电-摩擦电混合型自驱动电子皮肤及其制备方法，根据压电和摩擦电原理，结合静电纺丝技术和转移印刷技术，制备得到多功能柔性自驱动电子皮肤，确保传感的准确性和人体穿戴的舒适性，并实现电子皮肤在物体性质和形状传感、脉搏生理信号传感等多领域的应用。

为了达到上述目的，本发明提供了一种压电-摩擦电混合型自驱动电子皮肤，其特征在于，包括摩擦电传感部分以及设于其下侧的压电传感部分，所述的摩擦电传感部分包括柔性透明多孔电负性薄膜以及设于柔性透明多孔电负性薄膜下侧的第一柔性导电织物电极，所述的压电传感部分包括压电纳米纤维薄膜以及分别设于压电纳米纤维膜的上、下两侧的第二柔性导电织物电极和第三柔性导电织物电极，所述的压电纳米纤维膜通过静电纺丝技术得到，所述的柔性透明多孔电负性薄膜为以荷叶为模板制备得到的多孔结构。

优选地，所述的摩擦电传感部分以及压电传感部分通过封装工艺进行复合。

更优选地，所述的封装工艺包括旋涂工艺、浸渍加工、涂层加工、激光切割、热压封装和浸轧加工中的一种或多种组合。

优选地，所述的第一柔性导电织物电极和第二柔性导电织物电极之间设有第一柔性透明封装层，所述的第三柔性导电织物电极的下侧设有第二柔性透明封装层。

优选地，所述的第一柔性透明封装层和第二柔性透明封装层通过热固化技术得到。

更优选地，所述的热固化为：加热升温至60～200℃，并保持0.5～12h。

优选地，所述的柔性透明多孔电负性薄膜的厚度为20-200μm，所述的第一、第二、第三柔性导电织物电极的厚度均为10-40μm，所述的压电纳米纤维薄膜的厚度均为20-100μm，所述的第一、第二柔性透明封装层的厚度均为10-40μm。