[发明专利]PDES在仿生离子皮肤中的应用、仿生离子皮肤及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了PDES在仿生离子皮肤中的应用、仿生离子皮肤及其制备方法与应用，所述仿生离子皮肤由可聚合低共熔溶剂、光引发剂、交联剂的混合物经光固化3D打印制得。本发明的仿生离子皮肤制作方法简单，实现了快速制备的同时降低了仿生离子皮肤的制作成本，且制得的仿生离子皮肤其宽度与深度不再受模板尺寸的限制，可实现大规模多样化成形生产。利用本发明方法制得的离子皮肤具有响应时间快、耐久性好、灵敏度高等优点，可以将本发明的仿生离子皮肤应用于人工智能监控、人体生理信号检测、视觉检测以及智能电子设备等领域，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及仿生皮肤技术领域，具体涉及一种基于3D打印的仿生离子皮肤及其制备方法与应用。

背景技术

离子皮肤在可穿戴电子产品、智能机器人等领域具有重要贡献。已有研究普遍使用可微结构化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯、偏二氟乙烯等作为弹性基底，为实现导电效果还会结合导电层或导电颗粒的掺杂从而获得柔性仿生皮肤。然而，已有仿生皮肤的压缩性能很难满足更高的使用需求，如粘弹性基层与导电层之间的杨氏模量不匹配，使得在两者软硬材料之间的交界处很容易破坏，严重影响仿生皮肤的导电性、感应细微差异变化的灵敏性与长期循环使用的稳定性。因此，开发兼具柔性与导电一体的高耐压缩性高稳定性的仿生皮肤仍然是一个必要的挑战。

目前，仿生皮肤多采用光刻技术、模板浇铸成形技术、化学气相沉积技术等方法形成兼具柔性与导电的仿生皮肤。其中值得一提的是已有研究报道了激光加工硅微型模板，浇铸PDMS形成弹性基板，在基板上沉积石墨、金属颗粒、多壁碳纳米管和纳米银线作为导电层，从而借助柔性层与导电层两层结构实现柔性与导电的特点。然而，为实现导电效果沉积的导电层会在压缩变形期间发生相对位移，在一定程度上会造成弹性体响应时间延迟和较大的滞后，严重影响了仿生皮肤的可压缩性和耐久性。模具转印工艺也使得制备方法变得更为复杂耗时。激光雕刻硅片所形成的模板尺寸受限于硅片的大小和深度，这大大限制了制造规模和结构多样性。也有人提出了一种以无色聚酰亚胺(CPI)为粘弹性基底，通过溅射涂覆纳米银线作为导电层的仿生离子皮肤，由此制得的压力传感器可以有效的改善导电材料的柔性效果。然而所喷射的纳米银线由于重力沉降效应会导致所获得仿生皮肤的机械性能与导电性呈现梯度变化，影响仿生皮肤的导电各向同性。现有技术中还有引用聚合物辅助刻蚀玻璃片形成模板，大量显影液的使用促进玻璃片的图案化形成，但有机溶剂如甲苯和六氟-2-异丙醇(HFTP)等有毒溶剂的使用势必会对环境造成污染对人体产生危害。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供可聚合低共熔溶剂(PDES)在制备基于3D打印的仿生离子皮肤中的应用。PDES是由氢键供体和氢键受体组成的聚合物网络。在聚合物网络中含有可以自由移动的离子，因此可以实现聚合后本征导电，且聚合后具有高度导电各向同性。将PDES与光固化3D打印相结合，所获得的仿生离子皮肤具有快速制备、个性定制等优点。

本发明的另一目的在于提供一种基于3D打印的仿生离子皮肤的制备方法，该制备方法简单快速，且可实现图案样式的个性定制，能够显著降低制造成本。

本发明的另一目的在于提供一种基于3D打印的仿生离子皮肤，制得的仿生离子皮肤灵敏度高、导电性好且耐久性好。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

可聚合低共熔溶剂(PDES)在制备基于3D打印的仿生离子皮肤中的应用。所述仿生离子皮肤由可聚合低共熔溶剂、光引发剂、交联剂的混合物经光固化3D打印制得。