[发明专利]一种基于纺织微结构的柔性触觉传感器的制备方法

说明书

本发明为一种基于纺织微结构的柔性触觉传感器的制备方法。该方法在纺织品表面涂覆PDMS溶液，揭下后得到具有纺织微结构的柔性衬底薄膜，再在其表面涂覆碳纳米管分散液，获得碳纳米管微结构柔性薄膜；将其作为传感器的灵敏单元结构，从而提高传感器件的灵敏度。本发明得到的传感器可以对拉伸、压力及不同方向弯曲等多种触觉信息进行检测，针对压力的灵敏度为2.35kPa^‑1，对拉伸应变的灵敏系数GF值为200，便于实现未来在同一传感器件的检测功能复杂化。

技术领域

本发明属于电子器件领域，特别涉及基于纺织微结构的柔性触觉传感器的制备方法。

背景技术

随着人工智能，人机交互和医疗保健等领域的快速发展，电子皮肤的应用变得具有巨大的商业价值和研究意义，其中用于模仿人体皮肤功能的仿生触觉传感器是研究重点。电子皮肤是通过电学信号的集成与反馈来模拟人体皮肤感受外界刺激(压力、温度、湿度)的新型电子器件，在智能机器人、健康监测、可穿戴设备和人机交互方面具有广阔的应用前景而备受瞩目。

在电子皮肤的各种感知功能中，触觉感知功能尤为重要。柔性触觉传感器作为“电子皮肤”的重要组成部分，其基础性研究具有非常重要的科学意义和市场价值，触觉传感器的检测种类，灵敏度，响应时间、传感区间、线性度等器件性能尤为重要。因此，寻找合适的传感结构、敏感材料以及简单的制备方法已经成为当前研究的热点。

发明内容

本发明目的是要解决目前柔性触觉传感器检测功能单一的问题，提供一种基于纺织微结构的柔性触觉传感器的制备方法。该方法通过纺织微结构模板法对柔性衬底材料进行微结构化，改变灵敏单元结构，从而提高传感器件的灵敏度。本发明得到的传感器可以对拉伸、压力及不同方向弯曲等多种触觉信息进行检测，便于实现未来在同一传感器件的检测功能复杂化。

本发明采用的技术方案是：

一种基于纺织微结构的柔性触觉传感器的制备方法，器件所用敏感层为一种具备纺织微结构的PDMS材料和碳纳米管导电纳米材料；依次包括如下步骤：

1)将纺织物水平固定在容器底部，用无水乙醇超声清洗，然后用N₂将其表面吹干；

所述的纺织物为天然纤维或化学纤维；

所述的纺织物的经纱和纬纱按照1:1～1.5的比例交织，单根纱的粗度在10～100μm之间；

所述的天然纤维为棉或麻；所述的化学纤维为聚酯纤维、晴纶纤维或涤纶纤维；纺织物的形状可以是矩形，方形，圆形，三角形，五角形，五边形等。

2)将PDMS溶液注入到步骤1)的容器内，并将纺织物浸没，PDMS溶液的液面高于纺织物上表面0.5～1mm；然后将其放于真空干燥箱进行抽真空去除气泡且在60～80℃温度下固化1.5～3h，将固化后的PDMS薄膜从培养皿中揭下来，得到具备纺织微结构的柔性衬底薄膜；

其中，所述的PDMS溶液由PDMS预聚物与固化剂按照质量比为10:1混合而得；

3)将步骤2)所得柔性衬底薄膜中经紫外臭氧清洗后，在具有纺织微结构的凹槽涂覆碳纳米管分散液，置于加热板上，退火温度为60～80℃，时间为0.5～2h，退火后自然冷却至室温，获得碳纳米管微结构柔性薄膜；

其中，每1cm²柔性衬底薄膜凹槽涂覆0.5～2mL碳纳米管分散液；碳纳米管分散液的质量百分浓度为15～25％；碳纳米管的管径为30～50nm，长度为10～20μm；

4)在步骤3)获得的薄膜微结构两端表面分别贴附金属电极，并将步骤2)配置得到的PDMS溶液涂覆于柔性薄膜表面用于封装，制备得到柔性触觉传感器电子器件；