一种柔性电子皮肤传感器及其制备方法技术

一种柔性电子皮肤传感器及其制备方法，其中，柔性电子皮肤传感器包括若干压力传感单元；压力传感单元由两片柔性且可伸缩的超薄PDMS膜、分别贴附于两片超薄PDMS膜之间的两片电极，以及设置于两片电极之间的复合压力传感膜组成；复合压力传感膜由若干聚苯胺中空纳米球和用于连接相邻聚苯胺中空纳米球的多壁碳纳米管组成；各压力传感单元利用等离子体处理机，并采用电极像素处理以形成呈设定面积的传感器阵列，本发明专利技术采用中空结构的复合压力传感膜，具有突出的弹性能力和超低的弹性模量，以使压力传感单元可对各种外界刺激进行有效的放大和转换，压力感应高，温度分辨率高；另外，单个压力传感单元可以很容易地集成传感器阵列，具有良好的传感性能。

A flexible electronic skin sensor and its preparation method

A flexible electronic skin sensor and a preparation method thereof, wherein, the flexible electronic skin sensor comprises a plurality of pressure sensing unit; two electrodes of ultrathin PDMS films, the pressure sensing unit is composed of two pieces of flexible and scalable respectively attached to between two pieces of ultrathin PDMS films, composite pressure sensing film and arranged between the two electrodes the composition of composite film; pressure sensor composed of a plurality of PANI hollow nanospheres and multi walled carbon nanotubes for connecting adjacent PANI hollow nanospheres; the pressure sensing unit by plasma processor, and the electrode to form a set of pixel processing area of the sensor array, the invention adopts a composite pressure sensing membrane with elastic hollow structure. Outstanding ability and low modulus of elasticity, so that the pressure sensing unit can effectively stimulate the amplification of various external and conversion In addition, the single pressure sensor unit can easily integrate the sensor array, and has good sensing performance.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性电子皮肤传感器及其制备方法
本专利技术涉及皮肤触觉传感器
，具体涉及一种柔性电子皮肤传感器及其制备方法。
技术介绍
触觉是人与外界环境直接接触时的重要感觉功能，柔性触觉传感器是实现电子皮肤技术的关键技术，其目的是模拟人类的感知能力，拥有卓越的发展前景。目前，随着微电子技术的发展和各种有机材料的出现，已经提出了多种多样的柔性触觉传感器的研制方案，但目前大都属于实验室阶段，达到产品化的不多。且部分已达到产品化的柔性触觉传感器所采用的材料虽然可以承受高应力，但灵敏度低，检测能力受限，无法很好地应用于实际生活中，如采用柔性触觉传感器监测人体信号、检查呼吸疾病等。因此，利用新型微结构的电子材料以实现高性能的触觉传感器是目前非常有意义，以及亟待解决的课题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术存在的上述问题，提供了一种柔性电子皮肤传感器及其制备方法，以解决现有柔性触觉传感器灵敏度低，检测能力受限的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种柔性电子皮肤传感器，包括若干压力传感单元；所述压力传感单元由两片柔性且可伸缩的超薄PDMS膜、分别贴附于所述两片超薄PDMS膜之间的两片电极，以及设置于所述两片电极之间的复合压力传感膜组成；所述复合压力传感膜由若干聚苯胺中空纳米球和用于连接相邻聚苯胺中空纳米球的多壁碳纳米管组成；各压力传感单元利用等离子体处理机，并采用电极像素处理以形成呈设定面积的传感器阵列。作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述超薄PDMS膜的厚度为30um。作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述电极为黄金材质的金电极，所述金电极的厚度为50um。本专利技术还提供了一种柔性电子皮肤传感器的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，制备聚苯胺中空纳米球；步骤S2，将聚苯胺中空纳米球与多壁碳纳米管按预设质量比混合分散到二甲基甲酰胺溶液中以得到第一混合物，干燥并去除所述步骤S2中的第一混合物中的二甲基甲酰胺得到第二混合物，旋涂所述第二混合物以形成复合压力传感膜；步骤S3，将复合压力传感膜夹设于两片电极之间以组装成压力传感单元；步骤S4，将若干个由步骤S3制得的压力传感单元利用等离子体处理机，并采用电极像素处理以形成呈设定面积的传感器阵列。作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述步骤S1中制备聚苯胺中空纳米球的具体步骤包括：步骤S11，制备磺化聚苯乙烯纳米球粉末；步骤S12，将苯胺单体吸附到磺化聚苯乙烯纳米球粉末上以制得第一混合溶液；步骤S13，第一混合溶液经盐酸和过硫酸铵处理得到第二混合溶液，所述第二混合溶液采用冰浴和离心处理以获得深绿色聚苯胺包覆的聚苯乙烯纳米球粉末。步骤S14，采用四氢呋喃溶解所述聚苯乙烯纳米球粉末以去除聚苯乙烯核，并通过离心处理以得到聚苯胺中空纳米球。作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述步骤S2中的预设质量比为5∶1。作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述步骤S2中的第一混合物中还加入有聚偏氟乙烯混合溶液，以使得用于制备复合压力传感膜的膜具有良好的成膜性能。本专利技术的柔性电子皮肤传感器及其制备方法可以达到如下有益效果：本专利技术的柔性电子皮肤传感器，通过包括若干压力传感单元；所述压力传感单元由两片柔性且可伸缩的超薄PDMS膜、分别贴附于所述两片超薄PDMS膜之间的两片电极，以及设置于所述两片电极之间的复合压力传感膜组成；所述复合压力传感膜由若干聚苯胺中空纳米球和用于连接相邻聚苯胺中空纳米球的多壁碳纳米管组成；各压力传感单元利用等离子体处理机，并采用电极像素处理以形成呈设定面积的传感器阵列，使得本专利技术采用中空结构的复合压力传感膜，具有突出的弹性能力和超低(0.213MPa)的弹性模量，以使压力传感单元可对各种外界刺激进行有效的放大和转换，对压力感应高达31.6kPa-1，且温度分辨率达0.08℃-1；另外，单个压力传感单元可以很容易地集成传感器阵列，具有良好的传感性能，以使得柔性电子皮肤传感器可用于监测人体信号、检查呼吸疾病和进行语音识别等有益效果。本专利技术的柔性电子皮肤传感器的制备方法，通过包括步骤：步骤S1，制备聚苯胺中空纳米球；步骤S2，将聚苯胺中空纳米球与多壁碳纳米管按预设质量比混合分散到二甲基甲酰胺溶液中以得到第一混合物，干燥并去除所述步骤S2中的第一混合物中的二甲基甲酰胺得到第二混合物，旋涂所述第二混合物以形成复合压力传感膜；步骤S3，将复合压力传感膜夹设于两片电极之间以组装成压力传感单元；步骤S4，将若干个由步骤S3制得的压力传感单元利用等离子体处理机，并采用电极像素处理以形成呈设定面积的传感器阵列，使得本专利技术采用中空结构的复合压力传感膜，具有突出的弹性能力和超低(0.213MPa)的弹性模量，以使压力传感单元可对各种外界刺激进行有效的放大和转换，对压力感应高达31.6kPa-1，且温度分辨率达0.08℃-1；另外，单个压力传感单元可以很容易地集成传感器阵列，具有良好的传感性能，以使得柔性电子皮肤传感器可用于监测人体信号、检查呼吸疾病和进行语音识别等有益效果。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术柔性电子皮肤传感器提供的一实例的结构示意图；图2为本专利技术柔性电子皮肤传感器的制备方法提供的一实例的方法流程图。图中：1、超薄PDMS膜，2、电极，3、复合压力传感膜，31、聚苯胺中空纳米球，32、多壁碳纳米管。本专利技术目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，当亦视为本专利技术可实施的范畴。图1为本专利技术柔性电子皮肤传感器提供的一实例的结构示意图，如图1所示，柔性电子皮肤传感器包括若干压力传感单元；所述压力传感单元由两片柔性且可伸缩的超薄PDMS膜1、分别贴附于所述两片超薄PDMS膜1之间的两片电极2，以及设置于所述两片电极之间的复合压力传感膜3组成；所述复合压力传感膜3由若干聚苯胺中空纳米球31和用于连接相邻聚苯胺中空纳米球31的多壁碳纳米管32组成；各压力传感单元利用等离子体处理机，并采用电极像素处理以形成呈设定面积的传感器阵列。具体实施中，所述超薄PDMS膜1的厚度为30um，当然，其可根据设计具体需求采用其它具体厚度值。所述电极2为黄金材质的金电极，所述金电极的厚度为50um，同理，所述金电极的厚度还可根据设计具体需求采用其它具体厚度值。图2为本专利技术柔性电子皮肤传感器的制备方法提供的一实例的方法流程图，如图2所示，柔性电子皮肤传感器的制备方法包括以下步骤：步骤S1，制备聚苯胺中空纳米球31；步骤S2，将聚苯胺中空纳米球31与多壁碳纳米管32按预设质量比混合分散到二甲基甲酰胺溶液中以得到第一混合物，干燥并去除所述步骤S2中的第一混合物中的二甲基甲酰胺得到第二混合物，旋涂所述第二混合物以形成复合压力传感膜3；步骤S3，将复合压力传感膜3夹设于两片电极2之间以组装成压力传感单元；步骤S4，将若干个由步骤S3制得的压力传感单元利用等离子体处理机，并采用电极像素处理以形成呈设定面积的传感器阵列。具体实施中，所述步骤S1中制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性电子皮肤传感器，其特征在于，包括若干压力传感单元；所述压力传感单元由两片柔性且可伸缩的超薄PDMS膜、分别贴附于所述两片超薄PDMS膜之间的两片电极，以及设置于所述两片电极之间的复合压力传感膜组成；所述复合压力传感膜由若干聚苯胺中空纳米球和用于连接相邻聚苯胺中空纳米球的多壁碳纳米管组成；各压力传感单元利用等离子体处理机，并采用电极像素处理以形成呈设定面积的传感器阵列。

【技术特征摘要】
1.一种柔性电子皮肤传感器，其特征在于，包括若干压力传感单元；所述压力传感单元由两片柔性且可伸缩的超薄PDMS膜、分别贴附于所述两片超薄PDMS膜之间的两片电极，以及设置于所述两片电极之间的复合压力传感膜组成；所述复合压力传感膜由若干聚苯胺中空纳米球和用于连接相邻聚苯胺中空纳米球的多壁碳纳米管组成；各压力传感单元利用等离子体处理机，并采用电极像素处理以形成呈设定面积的传感器阵列。2.根据权利要求1所述的柔性电子皮肤传感器，其特征在于，所述超薄PDMS膜的厚度为30um。3.根据权利要求1或2所述的柔性电子皮肤传感器，其特征在于，所述电极为黄金材质的金电极，所述金电极的厚度为50um。4.一种权利要求1至3任一项所述柔性电子皮肤传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，制备聚苯胺中空纳米球；步骤S2，将聚苯胺中空纳米球与多壁碳纳米管按预设质量比混合分散到二甲基甲酰胺溶液中以得到第一混合物，干燥并去除所述步骤S2中的第一混合物中的二甲基甲酰胺得到第二混合物，旋涂所述第二混合物以...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱玲，房菲儿，张静，王威，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44