新型的电极结构和多功能传感器阵列及使用他们的多功能传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了电极结构阵列、包括该电极结构阵列和传感器的多功能传感器阵列以及包括他们的各种传感装置。电极结构阵列包括第一电极层和第二电极层，第一电极层包括在该层内平铺的一个以上彼此平行的具有第一电极图案的绝缘基底和形成在该基底上的导电层，第一电极图案包括一个或多个能沿第一方向拉伸的第一可拉伸结构和一个或多个第一接线端，其中第一可拉伸结构与第一接线端交替相连，第二电极层包括在该层内平铺的一个以上彼此平行的具有第二电极图案的绝缘基底和形成在该基底上的导电层，第二电极图案包括一个或多个能沿第二方向拉伸的第二可拉伸结构和一个或多个第二接线端，其中第二可拉伸结构与第二接线端交替相连。

New electrode structure and multifunctional sensor array and multifunctional sensing device using them

The invention provides an electrode structure array, a multifunctional sensor array including the electrode structure array and sensors, and various sensing devices including them. The electrode structure array includes a first electrode layer and a second electrode layer. The first electrode layer includes more than one insulating substrate with a first electrode pattern parallel to each other and a conductive layer formed on the substrate. The first electrode pattern includes one or more first stretchable structures that can be stretched along the first direction. One or more first terminals, in which the first stretchable structure is alternately connected with the first terminal, and the second electrode layer includes more than one insulating substrate with a second electrode pattern parallel to each other and a conductive layer formed on the substrate, and the second electrode pattern includes one or more conductive layers that can follow the second direction. The stretchable second stretchable structure is alternately connected with one or more second terminals, in which the second stretchable structure is alternately connected with the second terminal.

【技术实现步骤摘要】
新型的电极结构和多功能传感器阵列及使用他们的多功能传感装置
本专利技术涉及一种新型的电极结构或电极结构阵列和基于该电极结构阵列的传感器阵列，以及包括它们的电子皮肤或可穿戴装置。
技术介绍
人类躯体感觉系统是一个复杂的网络，它将外界环境刺激通过各种感官受体(机械刺激感受器、温度感受器、痛觉感受器等)转化为电脉冲经过神经通路传导，使人的皮肤可以感受触觉、温觉和痛觉等。由机械柔性传感器网络组成的电子皮肤已经发展到可以通过监测和量化周围环境中的各种刺激来模仿人类躯体感觉系统的程度，但目前报告的电子皮肤一般只能对一种或两种外界刺激进行监测。参见，例如Hammock,M.L.,etal.,25thanniversaryarticle:Theevolutionofelectronicskin(e-skin):abriefhistory,designconsiderations,andrecentprogress.AdvMater,2013.25(42):p.5997-6038；和Bauer,S.,etal.,25thanniversaryarticle:Asoftfuture:fromrobotsandsensorskintoenergyharvesters.AdvMater,2014.26(1):p.149-61。实现对多重刺激的同时监测是电子皮肤的重要发展趋势(参见，例如，Chortos,A.andZ.Bao,Skin-inspiredelectronicdevices.MaterialsToday,2014.17(7):p.321-331)，同时模仿感受器在人体皮肤内的不同密度分布以调控对外界刺激的探测范围也是非常重要的。在(电子)可穿戴产品领域，也存在着尽可能轻便和小型的设备中实现对多重刺激或环境信号同时进行传感和检测的需求。因此，本专利技术的专利技术人精巧地设计出一种电极结构(阵列)，通过常规的微纳加工技术或软光刻技术等工艺就制备得到了可拉伸、可扩展、可调控的柔性基底，并可以在此基底上集成包括温度、湿度、光、磁、应力、化学等多种传感器以同时实现多功能监测和成像，由此解决了对外界多重刺激的监测和成像、探测区域可调控和大面积扩展应用的问题。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种电极结构，包括第一电极层和第二电极层，第一电极层包括具有第一电极图案的绝缘基底和形成在该基底上的导电层，第一电极图案包括能沿第一方向拉伸的第一可拉伸结构和第一接线端，第二电极层包括具有第二电极图案的绝缘基底和形成在该基底上的导电层，第二电极图案包括能沿第二方向拉伸的第二可拉伸结构和第二接线端，并且第二方向不同于第一方向，其中，第一电极层与第二电极层如下进行叠置，使得第一电极图案的第一可拉伸结构和第二电极图案的第二可拉伸结构不发生搭接，而第一接线端与第二接线端部分相交，其中第一接线端与第二接线端在相交处绝缘，而第一接线端与第二接线端各自未相交的部分相对布置，从而形成用于容纳并电连接电子器件的节点。上述的电极结构也可以被认为是一种单元电极结构。单元电极结构在一维或二维方向上的重复就可以构成电极(结构)的阵列。本专利技术因此还提供了一种电极结构阵列，包括第一电极层和第二电极层，第一电极层包括在该层内平铺的一个以上彼此平行的具有第一电极图案的绝缘基底和形成在该基底上的导电层，第一电极图案包括一个或多个能沿第一方向拉伸的第一可拉伸结构和一个或多个第一接线端，其中第一可拉伸结构与第一接线端交替相连，第二电极层包括在该层内平铺的一个以上彼此平行的具有第二电极图案的绝缘基底和形成在该基底上的导电层，第二电极图案包括一个或多个能沿第二方向拉伸的第二可拉伸结构和一个或多个第二接线端，其中第二可拉伸结构与第二接线端交替相连，并且第二方向不同于第一方向，其中，第一电极层与第二电极层如下进行叠置，使得第一电极图案的每个第一可拉伸结构和第二电极图案的任一个第二可拉伸结构都不发生搭接，而每一个第一接线端与仅一个第二接线端发生相交且仅部分相交，其中发生部分相交的第一接线端与第二接线端在相交处绝缘，而该第一接线端与该第二接线端各自未相交的部分相对布置，从而形成用于容纳并电连接电子器件的节点。在根据本专利技术的电极结构或电极结构阵列中，所述可拉伸结构可为蜿蜒结构。蜿蜒结构将在下文中详细描述，该结构本身具有优异的拉伸性能而不会在拉伸时破坏结构本身，从而赋予了该电极结构或其阵列以优异的拉伸性能，并且不会破坏电极(或阵列)及上面所附加的其他结构。在根据本专利技术的电极结构或电极结构阵列中，第一电极层与第二电极层进行叠置，第一方向不同于第二方向，即第一方向与第二方向不平行设置，或第一方向与第二方向发生相交。第一可拉伸结构的第一方向与第二可拉伸结构的第二方向能够以>0°至≤90°之间的任何角度相交，例如90°、60°、45°或30°。优选第一方向与第二方向彼此垂直，即以90°相交。在优选的实施方案中，第一接线端和第二接线端分别设置为半圆弧形。此时，第一接线端与第二接线端在部分重叠相交时形成弧形节点。可以将第一接线端和第二接线端设置为相同半径的半圆弧形，这样两者在相交处可以良好的叠合，并形成连续弧形。可以理解的是，第一接线端和第二接线端也分别可以设置成其他形状，只要保证第一接线端和第二接线端各自不相交的部分能分开即可，由此可以容纳或连接工作元件。在根据本专利技术的电极结构或电极结构阵列中，所述可拉伸结构和所述接线端的线宽可在5μm到500μm之间，例如5μm到300μm之间，优选5μm到200μm之间，更优选5μm到100μm之间。优选地，可拉伸结构与接线端具有一致的线宽。此时，可拉伸结构与接线端上设置的导电层也具有一致的线宽，并由此在电极结构中具有更为均匀的导电属性。在根据本专利技术的电极结构或电极结构阵列中，所述第一电极层和所述第二电极层的厚度分别在5μm到125μm之间。在根据本专利技术的电极结构或电极结构阵列中，所述绝缘基底由适于微纳加工的聚合物制成。这样的聚合物的实例包括但不限于聚酰亚胺、聚甲基硅氧烷、聚氨基甲酸酯。在根据本专利技术的电极结构或电极结构阵列中，所述导电层优选为由可沉积导电材料制成。所谓可沉积导电材料即能够以物理和/或化学方式气相沉积的导电材料。这样的材料包括但不限于金属(如Al、Cu、Au、W、Mo、TiN、聚(3,4-亚乙二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、石墨烯。在根据本专利技术的电极结构或电极结构阵列中，第一电极层的导电层上还可以施加有电气绝缘层。同样地，第二电极层的导电层上也可以施加有电气绝缘层。电气绝缘层的材料可以任何适于电子器件的绝缘材料。例如电气绝缘层可以为聚酰亚胺、聚对二甲苯，或者可以为氧化硅、氮化硅，等。电气绝缘层的选材和加工工艺对于本领域技术人员而言是公知的。在根据本专利技术的电极结构或电极结构阵列中，所述电极阵列结构的第一接线端和第二接线端分别与传感器或其他电子器件如执行器形成电连接。由此，在供能或供电状态下，传感器和其他电子器件可以工作。根据本专利技术的第二方面，还提供了一种多功能传感器阵列，其包括(a)根据本文所述的电极结构或电极结构阵列；和(b)一种或多种传感器，其中所述一种或多种传感器中的每一个设置在所述电极结构阵列的节点处，分别连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极结构，包括第一电极层和第二电极层，第一电极层包括具有第一电极图案的绝缘基底和形成在该基底上的导电层，第一电极图案包括能沿第一方向拉伸的第一可拉伸结构和第一接线端，第二电极层包括具有第二电极图案的绝缘基底和形成在该基底上的导电层，第二电极图案包括能沿第二方向拉伸的第二可拉伸结构和第二接线端，并且第二方向不同于第一方向，其中，第一电极层与第二电极层如下进行叠置，使得第一电极图案的第一可拉伸结构和第二电极图案的第二可拉伸结构不发生搭接，而第一接线端与第二接线端部分相交，其中第一接线端与第二接线端在相交处绝缘，而第一接线端与第二接线端各自未相交的部分相对布置，从而形成用于容纳并电连接电子器件的节点。

【技术特征摘要】
1.一种电极结构，包括第一电极层和第二电极层，第一电极层包括具有第一电极图案的绝缘基底和形成在该基底上的导电层，第一电极图案包括能沿第一方向拉伸的第一可拉伸结构和第一接线端，第二电极层包括具有第二电极图案的绝缘基底和形成在该基底上的导电层，第二电极图案包括能沿第二方向拉伸的第二可拉伸结构和第二接线端，并且第二方向不同于第一方向，其中，第一电极层与第二电极层如下进行叠置，使得第一电极图案的第一可拉伸结构和第二电极图案的第二可拉伸结构不发生搭接，而第一接线端与第二接线端部分相交，其中第一接线端与第二接线端在相交处绝缘，而第一接线端与第二接线端各自未相交的部分相对布置，从而形成用于容纳并电连接电子器件的节点。2.一种电极结构阵列，包括第一电极层和第二电极层，第一电极层包括在该层内平铺的一个以上彼此平行的具有第一电极图案的绝缘基底和形成在该基底上的导电层，第一电极图案包括一个或多个能沿第一方向拉伸的第一可拉伸结构和一个或多个第一接线端，其中第一可拉伸结构与第一接线端交替相连，第二电极层包括在该层内平铺的一个以上彼此平行的具有第二电极图案的绝缘基底和形成在该基底上的导电层，第二电极图案包括一个或多个能沿第二方向拉伸的第二可拉伸结构和一个或多个第二接线端，其中第二可拉伸结构与第二接线端交替相连，并且第二方向不同于第一方向，其中，第一电极层与第二电极层如下进行叠置，使得第一电极图案的每个第一可拉伸结构和第二电极图案的任一个第二可拉伸结构都不发生搭接，而每一个第一接线端与仅一个第二接线端发生相交且仅部分相交，其中发生部分相交的第一接线...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘曹峰，化麒麟，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11