柔性仿生电子皮肤及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种柔性仿生电子皮肤及其制备方法。所述柔性仿生电子皮肤包括：压阻层；薄膜电极；所述压阻层至少部分地具有多孔结构，所述压阻层与薄膜电极接触，并且，在所述压阻层与所述薄膜电极接触界面区域的所述压阻层中至少部分地具有填充区域，所述填充区域中含有弹性体；其中，通过所述薄膜电极对所述压阻层的阻值进行检测，根据检测结果确定所述柔性仿生电子皮肤所受到的力的大小。本发明专利技术的柔性仿生电子皮肤能够感受气流和压力的存在，并且其结构精巧，灵敏度高，并且柔性仿生电子皮肤具有一定的力学稳定性。

【技术实现步骤摘要】
柔性仿生电子皮肤及其制备方法
本专利技术涉及一种柔性仿生电子皮肤及其制备方法，属于传感器和仿生

技术介绍
皮肤作为人体最大的器官，包覆在人体全身，能够感知外界环境(如温度、压力等)，并能够保护人体免受侵害；随着科学技术的进步，各种柔性电子器、机器人和智能假肢都在飞速发展，仿生电子皮肤也应运而生，使假肢或机器人的功能更接近于人体本身的功能，可以帮助那些身体有缺陷的人得到更好的生活改善。现有技术中的电子皮肤，大多仅具有感知压力或温度等特点，并且加工工艺复杂，成本较高，不适合工业大规模的生产。另外，制备得到的电子皮肤的柔韧性较差，也不具有感受压力和气流的感知功能。中国专利CN107123470A提供了一种柔弹性导电薄膜及其制备方法。该导电薄膜包括预拉伸的弹性基底、弹性连接体和纳米导线，弹性连接体位于预拉伸的弹性基底和纳米导线之间；预拉伸的弹性基底与弹性连接体接触形成粘结面；弹性连接体材料部分嵌入到纳米导线中形成混合过渡区用以增强粘接性能。但是，该导电薄膜的制备方法复杂，且不具有感受压力和气流的感知功能。因此，研发一种具有能感受气流和压力的柔性仿生电子皮肤成为亟待解决的问题。
技术实现思路
专利技术要解决的问题针对现有技术中所存在的技术问题，本专利技术的一个目的在于提供一种能够感受气流和压力的柔性仿生电子皮肤。本专利技术的另一目的在于提供一种柔性仿生电子皮肤的制备方法。用于解决问题的方案本专利技术提供一种柔性仿生电子皮肤，包括：压阻层；薄膜电极；所述压阻层至少部分地具有多孔结构，所述压阻层与薄膜电极接触，并且，在所述压阻层与所述薄膜电极接触界面区域的所述压阻层中至少部分地具有填充区域，所述填充区域中含有弹性体；其中，通过所述薄膜电极对所述压阻层的阻值进行检测，根据检测结果确定所述柔性仿生电子皮肤所受到的力的大小。根据本专利技术的柔性仿生电子皮肤，其中，在垂直于所述柔性仿生电子皮肤的方向上，设所述填充区域的最大长度为H2，设所述压阻层的最大长度为H1，则存在如下关系：H1≥1.5H2。根据本专利技术的柔性仿生电子皮肤，其中，所述压阻层包括三维碳纳米纤维材料，优选地，所述三维碳纳米纤维材料的孔径为8-22μm，孔隙率为80-95％，密度为3-4kg/m3。根据本专利技术的柔性仿生电子皮肤，其中，所述弹性体源自于硅橡胶、硅氧烷和热塑性弹性体中的一种或两种以上的组合，优选地，所述薄膜电极为柔性薄膜电极，优选为碳纳米管薄膜电极或石墨烯薄膜电极。根据本专利技术的柔性仿生电子皮肤，其中，所述薄膜电极包括第一薄膜电极和第二薄膜电极，所述第一薄膜电极和所述第二薄膜电极在同一平面内。本专利技术还提供一种柔性仿生电子皮肤的制备方法，包括：压阻层与薄膜电极相连接的步骤；在所述压阻层一侧形成填充区域的步骤；其中，所述压阻层一侧的填充区域与所述薄膜电极临近，所述压阻层至少部分地具有多孔结构，并且，所述填充区域中含有弹性体。根据本专利技术的制备方法，包括如下步骤：将所述压阻层与所述薄膜电极相连接，将弹性体溶液浇筑于所述压阻层与薄膜电极连接处周围的至少一部分，使得压阻层的一部分由所述弹性体溶液浸润，形成所述填充区域；将所述填充区域至少部分地固化。根据本专利技术的制备方法，其中，所述压阻层包括三维碳纳米纤维材料，所述三维碳纳米纤维材料通过静电纺丝的方法制备得到。根据本专利技术的制备方法，其中，所述压阻层与所述薄膜电极使用导电胶粘剂进行连接，优选地，所述导电胶粘剂包括银系导电胶、金系导电胶、铜系导电胶和炭系导电胶中的一种或两种以上的组合。根据本专利技术的制备方法，其中，所述弹性体溶液的瞬时黏度为2000-4000cps。专利技术的效果本专利技术的柔性仿生电子皮肤能够感受气流和压力的存在，其结构精巧，灵敏度高。并且，本专利技术的柔性仿生电子皮肤具有一定的力学稳定性。进一步地，本专利技术的柔性仿生电子皮肤的制备方法，该制备方法的成本低、加工方式简单，适合工业大规模的生产。附图说明图1示出了本专利技术一实施例的柔性仿生电子皮肤的示意图；图2示出了本专利技术一实施例的柔性仿生电子皮肤在轻轻吹动时的电阻变化情况；图3示出了本专利技术一实施例的柔性仿生电子皮肤在呼吸情况下的电阻变化情况；图4示出了本专利技术一实施例的柔性仿生电子皮肤在施加法向压力时的电阻变化情况。附图标记说明：1：压阻层；2：填充区域；3：薄膜电极；31：第一薄膜电极；32：第二薄膜电极。具体实施方式以下将详细说明本专利技术的各种示例性实施例、特征和方面。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。另外，为了更好地说明本专利技术，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本专利技术同样可以实施。在另外一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、器材和步骤未作详细描述，以便于凸显本专利技术的主旨。第一实施方式本专利技术的第一实施方式中，提供了一种柔性仿生电子皮肤。如图1所示，所述柔性仿生电子皮肤包括：压阻层1；薄膜电极3；所述压阻层1至少部分地具有多孔结构，所述压阻层1与薄膜电极3接触，并且，在所述压阻层1与薄膜电极3接触界面区域的所述压阻层1中至少部分地具有填充区域2，所述填充区域2中含有弹性体；其中，以通过所述薄膜电极3对所述压阻层1的阻值进行检测，根据检测结果确定所述柔性仿生电子皮肤所受到的力的大小。其中，所受到的力可以是柔性仿生电子皮肤上方的气体流动产生的力，还可以是物体施加于压阻层1的力。在本专利技术中，柔性仿生电子皮肤的结构是基于生物体皮肤的生理结构特性确定的，以使得柔性仿生电子皮肤能够模拟生物体皮肤的功能进行工作。其中，压阻层1相当于生物体的皮肤，压阻层1中的填充区域2中含有的弹性体相当于生物体皮肤上的汗毛，薄膜电极3相当于生物体皮肤中的神经元。可以通过薄膜电极3对压阻层1的阻值进行检测，并使得计算机等终端设备根据检测结果确定柔性仿生电子皮肤所受到的力的大小，相当于生物体皮肤受到刺激时，神经元将刺激以电信号的传递至大脑，以使大脑确定该刺激。具体而言：<压阻层>本专利技术的压阻层1，其至少部分地具有多孔结构。一般而言，本专利技术的压阻层1具有柔性和多孔结构。举例而言：本专利技术的压阻层1可以是通过具有柔性的多孔气体凝胶、多孔海绵、多孔橡胶等弹性材料制备得到。另外，本专利技术的压阻层1也可以是化学材料例如：塑料、纤维等，通过成孔工艺从而使得其具有柔性和多孔结构。所述成孔工艺可以选自：3D打印成孔工艺、冷冻干燥成孔工艺、粒子沥滤成孔工艺、发泡成孔工艺等中的一种。本专利技术的压阻层1优选包括三维碳纳米纤维材料。三维碳纳米纤维材料可以是一种多孔的、超轻的、疏水性的、具有热稳定性的压阻材料，并且具有力学稳定性和柔性，其内部包括多根碳纳米纤维无序搭接排列的结构，当受到力的作用时，例如，压阻层1上方的气体流动对压阻层1所产生的压力；物体轻微碰触压阻层1，对压阻层1施加的压力。由于其超轻的特性，能够引起其内部碳纳米纤维之间的搭接情况发生变化，使得三维碳纳米纤维材料整体的电阻发生变化。本专利技术的压阻层1可以采用同面电极对其电阻的变化情况进行检测。同面电极可以是在压阻层1的同一平面内的电极。例如，可以将两个电极放置在压阻层1的上表面来测量压阻层1的电阻的变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性仿生电子皮肤，其特征在于，包括：压阻层；薄膜电极；所述压阻层至少部分地具有多孔结构，所述压阻层与薄膜电极接触，并且，在所述压阻层与所述薄膜电极接触界面区域的所述压阻层中至少部分地具有填充区域，所述填充区域中含有弹性体；其中，通过所述薄膜电极对所述压阻层的阻值进行检测，根据检测结果确定所述柔性仿生电子皮肤所受到的力的大小。

【技术特征摘要】
1.一种柔性仿生电子皮肤，其特征在于，包括：压阻层；薄膜电极；所述压阻层至少部分地具有多孔结构，所述压阻层与薄膜电极接触，并且，在所述压阻层与所述薄膜电极接触界面区域的所述压阻层中至少部分地具有填充区域，所述填充区域中含有弹性体；其中，通过所述薄膜电极对所述压阻层的阻值进行检测，根据检测结果确定所述柔性仿生电子皮肤所受到的力的大小。2.根据权利要求1所述的柔性仿生电子皮肤，其特征在于，在垂直于所述柔性仿生电子皮肤的方向上，设所述填充区域的最大长度为H2，设所述压阻层的最大长度为H1，则存在如下关系：H1≥1.5H2。3.根据权利要求1或2所述的柔性仿生电子皮肤，其特征在于，所述压阻层包括三维碳纳米纤维材料，优选地，所述三维碳纳米纤维材料的孔径为8-22μm，孔隙率为80-95％，密度为3-4kg/m3。4.根据权利要求1-3任一项所述的柔性仿生电子皮肤，其特征在于，所述弹性体源自于硅橡胶、硅氧烷和热塑性弹性体中的一种或两种以上的组合，优选地，所述薄膜电极为柔性薄膜电极，优选为碳纳米管薄膜电极或石墨烯薄膜电极。5.根据权利要求1-4任一项所述的柔性仿生电子皮肤，其特征在于，所述薄膜电极包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，韩志远，马寅佶，陈颖，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11