[发明专利]一种柔性自愈合多模态传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种柔性自愈合多模态传感器，其特征在于：包括安装于机械手背面关节处的柔性自愈合压阻层(1)与安装于机械手指尖内侧位置的柔性自愈合压电层(2)，所述柔性自愈合压阻层(1)包括H-PDMS底层(3)，所述H-PDMS底层(3)的上侧设置有液态金属电极层(4)，所述液态金属电极层(4)的两个开口端连接有导电铜箔(5)，所述液态金属电极层(4)与所述H-PDMS底层(3)的上侧覆盖有H-PDMS封装层(6)，所述H-PDMS封装层(6)与所述H-PDMS底层(3)发生自愈合形成封装，所述柔性自愈合压电层(2)包括掺杂PZT颗粒的H-PDMS的压电薄膜层(8)，所述压电薄膜层(8)的上下两侧表面设置有金电极层(7)。

2.根据权利要求1所述的一种柔性自愈合多模态传感器，其特征在于：所述液态金属电极层(4)通过将液态金属制备成液态金属油墨并涂抹在H-PDMS底层(3)而制成。

3.一种柔性自愈合多模态传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

①称量10g的PDMS-NH2和0.7g的Et3N加入100ml的乙酸乙酯中，在冰水浴中充分混合1h后加入0.21g的4,4’-methylenebis(cyclohexyl isocyanate)和0.27g的isophoronediisocyanate，在氮气氛围的冰水浴中充分混合1h后，恢复至室温，并继续反应四天，反应结束后，得到H-PDMS溶液，将溶液倒入PTEF模具中固化成型，制备出固化后的H-PDMS薄膜；

②在50ml所述H-PDMS溶液中加入5g液态金属，用细胞粉碎机在500W的功率下粉碎30min，再经过离心，取下方沉淀物得到液态金属油墨；

③将步骤一制得的所述固化后的H-PDMS薄膜切割成两片尺寸为1cm*2.5cm*0.5mm的薄片制成H-PDMS底层与H-PDMS封装层，在H-PDMS底层上方放置一层U型PI薄膜模具，根据U型PI薄膜模具的形状用棉签涂上液态金属油墨，然后揭去U型PI薄膜模具，在液态金属电极层的两端贴上导电铜箔后再用H-PDMS封装层覆盖，在室温下静置24h后，H-PDMS底层与H-PDMS封装层发生自愈合形成封装，制备出柔性自愈合压阻层；

④将3g改性后的PZT-5H加入步骤一中的所述H-PDMS溶液中充分搅拌混合，然后将混合后的溶液倒入PTEF模具中固化成型，固化完成后得到掺杂PZT颗粒的H-PDMS压电薄膜层；

⑤将掺杂PZT颗粒的H-PDMS压电薄膜层放入4kV/mm的高压电场下极化，极化完成后再经磁控溅射仪在掺杂PZT颗粒的H-PDMS压电薄膜层上下两个表面镀上金电极层，制备出柔性自愈合压电层。

4.根据权利要求1所述的一种柔性自愈合多模态传感器，其特征在于：佩戴在机械手背面关节处的所述柔性自愈合压阻层(1)在机械手做抓握动作时被拉伸，拉伸程度随关节弯曲角度的增大而增大，阻值也随之增大，不同拉伸程度能够反映物体的大小，佩戴在机械手的指尖内侧的所述柔性自愈合压电层(2)在机械手做抓握动作时被压缩，根据抓握物体表面形貌的不同，指尖与物体间的接触力也不同，所述柔性自愈合压电层(2)的输出电压也会不同，不同的电压能够反映物体表面形貌。

5.根据权利要求1所述的一种柔性自愈合多模态传感器，其特征在于：其特征在于：将所述柔性自愈合压阻层(1)的电阻变化信号与所述柔性自愈合压电层(2)的输出电压变化信号结合分析，将两组信号通过CMYK颜色表示法表示后相加，得到传感器物体检测信号色块图，将所述传感器物体检测信号色块图与传感器物体检测信号色块参考标准图对比，进而反映所检测物体的尺寸以及表面形貌特征。

6.根据权利要求5所述的一种柔性自愈合多模态传感器，其特征在于：表面粗糙度越大的物体位于所述传感器物体检测信号色块参考标准图的上方，尺寸越小的物体位于所述传感器物体检测信号色块参考标准图的右侧，所述传感器物体检测信号色块图与所述传感器物体检测信号色块参考标准图进行比对，不仅能区分不同尺寸的物体，也能区分不同表面形貌的物体。