一种用于柔性电子皮肤的复合薄膜及制备方法技术

本发明专利技术属于电子皮肤的技术领域，提供了一种用于柔性电子皮肤的复合薄膜及制备方法。该方法通过将旋涂制得的氧化石墨烯薄膜利用氢碘酸还原，然后在表面滴加丝素并风干成膜，再利用激光刻蚀在薄膜表面制出周期结构的光栅，最后将聚二甲基硅氧烷溶于二甲基甲酰胺后涂覆于表面，固化成膜，制得用于柔性电子皮肤的复合薄膜。与传统方法相比，本发明专利技术的制备的复合薄膜，不仅通过丝素蛋白的加入显著提高了膜的力学性能和拉伸性能，而且在激光刻蚀光栅结构上沉积聚二甲基硅氧烷，提高了该膜的柔韧性，可使制备得到的电子皮肤柔性好，拉伸强度高、不易破裂，可广泛用于电子皮肤领域。

A composite film for flexible electronic skin and its preparation method

The invention belongs to the technical field of electronic skin, and provides a composite film for flexible electronic skin and a preparation method thereof. In this method, graphene oxide films prepared by spin-coating are reduced by hydroiodic acid, then dripped with silk fibroin and dried to form films. Laser etching is used to fabricate periodic gratings on the surface of films. Finally, polydimethylsiloxane is dissolved in dimethylformamide and coated on the surface. The composite films for flexible electronic skin are solidified to form films. Compared with the traditional method, the composite film prepared by the invention not only improves the mechanical properties and tensile properties of the film remarkably by adding silk fibroin, but also deposits polydimethylsiloxane on the structure of laser etching grating, which improves the flexibility of the film, makes the prepared electronic skin flexible, has high tensile strength and is not easy to rupture, and can be widely used in electronic skin collar. Domain.

【技术实现步骤摘要】
一种用于柔性电子皮肤的复合薄膜及制备方法
本专利技术属于电子皮肤的
，提供了一种用于柔性电子皮肤的复合薄膜及制备方法。
技术介绍
电子皮肤，又名新型可穿戴柔性仿生触觉传感器，是贴在“皮肤”上的电子设备，因而习惯性的被称为电子皮肤。相较于传统的刚性触觉传感器，电子皮肤更加轻薄柔软，可被加工成各种形状，像衣服一样附着在人体或者是机器人的身体表面，使其具备感觉和触觉。目前，电子皮肤主要应用于人体生理参数检测和机器人柔性触觉传感器两大领域。通过将电子皮肤安装到人体对应的关键部位，从而实现人体心率、血压、肌肉张力等生理参数的检测。通过将电子皮肤贴附在机器人手指、手臂上，使得机器人获得了感受外界触摸力的能力。电子皮肤的关键是新型材料的研发应用，具有高强度、高灵敏度的复合材料成为首选。近年来，石墨烯因其优异的物理化学性质、电子传输性能广泛用于电子皮肤中，现有常用的制备三维石墨烯材料的方法有水热法、溶胶凝胶法以及气相沉积法等，但是这些方法得到的石墨烯材料图形化困难，在后期制备柔性电子皮肤材料过程中步骤繁琐且产量低、制作成本高；同时，现有柔性电子皮肤的复合薄膜制造方法中所使用的基底材料多选用PDMS、PUA、PI等，不足之处是这些材料本身拉伸性能不强，因此对于提高石墨烯复合材料在电子皮肤中的性能成为热点课题。目前国内外在电子皮肤技术，尤其是柔性电子皮肤材料方面已取得了一定成效。其中张珽等人专利技术了一种压阻式电子皮肤及其制备方法（中国专利技术专利申请号201310396009.4），此专利技术压阻式电子皮肤采用碳纳米管薄膜为导电层和具有微纳米图案的聚二甲基硅氧烷、聚苯二甲酸乙二酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯等材质为基底，使得基底具有高柔性易弯曲等优点，且其工作电压低，功耗小，灵敏度高、响应时间短。另外，李大伟等人专利技术了一种基于天然纤维素纳米纤维的电子皮肤及其制备方法（中国专利技术专利申请号201711128891.9），采用抽滤或静电吸附法将碳纳米管、石墨烯、银纳米线等导电纳米材料固定在细菌纤维素（BC）纳米纤维膜上赋予纤维膜导电特性；将作为介电层的聚乙烯薄膜置于两片厚度均一的导电BC纳米纤维膜中间构成微型可拉伸、可压缩电容器，即制得基于天然纤维素纳米纤维的电子皮肤。可见，现有技术中的电子皮肤薄膜，包括石墨烯薄膜柔性电极，存在无法承受较大应力，拉伸阈值范围低、伸性能不强、柔性不好等问题回，所以如何通过简单低成本的方法获得柔性电子皮肤的复合薄膜成为本领域亟需解决的问题。
技术实现思路
针对这种情况，我们提出一种用于柔性电子皮肤的复合薄膜及制备方法，可显著提高石墨烯复合薄膜的力学性能和拉伸性能，使得制备得到的电子皮肤柔性好，拉伸强度高、不易破裂。为实现上述目的，本专利技术涉及的具体技术方案如下：一种用于柔性电子皮肤的复合薄膜的制备方法，通过将旋涂制得的氧化石墨烯薄膜利用氢碘酸还原，然后在表面滴加丝素并风干成膜，再利用激光刻蚀在薄膜表面制出周期结构的光栅，最后将聚二甲基硅氧烷溶于二甲基甲酰胺后涂覆于表面，固化成膜，制得用于柔性电子皮肤的复合薄膜。制备的具体步骤如下：（1）将氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散制成氧化石墨烯分散液，然后在预处理的硅片表面进行旋涂成膜，制成氧化石墨烯薄膜，然后喷洒氢碘酸进行还原反应，制得石墨烯薄膜；（2）配制质量浓度为6~10%的丝素蛋白水溶液，然后滴加在步骤（1）制得的石墨烯薄膜表面，风干成膜，然后从硅片表面剥离，制得石墨烯/丝蛋白柔性导电薄膜；（3）将步骤（2）制得的石墨烯/丝蛋白柔性导电薄膜进行激光刻蚀，在薄膜表面刻蚀出具有周期结构的光栅，制得表面有光栅结构的石墨烯/丝蛋白柔性导电薄膜；（4）将聚二甲基硅氧烷加入二甲基甲酰胺中，超声分散均匀，然后涂覆于步骤（3）制得的柔性导电薄膜表面，固化成膜，制得用于柔性电子皮肤的复合薄膜。优选的，步骤（1）所述旋涂成膜的转速为600~800r/min，旋涂时间为1~2h。优选的，步骤（1）所述硅片为单晶硅片、多晶硅片中的一种，硅片厚度为200~400μm。优选的，步骤（1）所述还原反应的温度为100~120℃，反应时间为50~70min。优选的，步骤（1）所述各原料的重量份为，氧化石墨烯10~15重量份、去离子水73~82重量份、氢碘酸8~12重量份。优选的，步骤（2）所述风干成膜的温度为35~45℃，相对湿度为30~35%，风速为0.5~1m/s，成膜时间为8~12h。优选的，步骤（3）所述激光刻蚀的激光波长320~400nm，激光重复频率40~80kHz。优选的，步骤（4）所述各原料的重量份为，聚二甲基硅氧烷20~40重量份、二甲基甲酰胺60~80重量份。本专利技术的创新点在于：利用激光刻蚀技术在石墨烯/丝蛋白柔性导电薄膜表面刻蚀出光栅结构，使得沉积在上的聚二甲基硅氧烷含量显著增加。聚二甲基硅氧烷的化学状态二甲基硅油，透明度高，具有耐热性、耐寒性、黏度随温度变化小、防水性、表面张力小、具有导热性，无毒无味，具有生理惰性、良好的化学稳定性，电绝缘性和耐候性、疏水性好，并具有很高的抗剪切能力，具有优良的物理特性；在本专利技术中，利用其的特殊结构（主链Si-O键，呈螺旋型），显著增强膜材的柔韧性。另外，丝素蛋白本身具有良好的机械性能和理化性质，如良好的柔韧性和抗拉伸强度、透气透湿性、缓释性等，并且生物相容性好，本专利技术通过在添加制得的膜材具有优异的力学性能。本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的用于柔性电子皮肤的复合薄膜。该复合薄膜是采用旋涂的方法在硅片表面制备氧化石墨烯薄膜，然后经氢碘酸还原成石墨烯薄膜，进而在石墨烯薄膜表面滴加丝素蛋白，风干成膜后从硅片表面剥离，制备了一种石墨烯/丝蛋白柔性导电薄膜；再利用激光刻蚀技术在石墨烯/丝蛋白柔性导电薄膜表面刻蚀出具有周期结构的光栅；再将聚二甲基硅氧烷溶液溶于二甲基甲酰胺有机溶剂中，将其涂覆在表面有光栅结构的上石墨烯/丝蛋白柔性导电薄膜；最后固化成膜制得。本专利技术提供了一种用于柔性电子皮肤的复合薄膜及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1.本专利技术制备的复合薄膜，可使制备得到的电子皮肤柔性好，拉伸强度高、不易破裂，可广泛用于电子皮肤领域。2.本专利技术的制备方法，通过在薄膜中添加丝素蛋白，显著提高了膜的力学性能和拉伸性能。3.本专利技术的制备方法，利用激光刻蚀技术在石墨烯/丝蛋白柔性导电薄膜表面刻蚀出光栅结构，使得沉积在上的聚二甲基硅氧烷含量显著增加，显著提高了膜的柔韧性。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本专利技术的范围内。实施例1将13kg氧化石墨烯加入78kg去离子水中，超声分散制成氧化石墨烯分散液，然后在预处理的平均厚度为320μm的单晶硅片表面进行旋涂成膜，转速为710r/min，旋涂时间为1.5h，制成氧化石墨烯薄膜，然后喷洒9kg氢碘酸，在温度112℃下进行60min的还原反应，制得石墨烯薄膜；配制浓度为7%的丝素蛋白水溶液，然后滴加在石墨烯薄膜表面，风干成膜，风干成膜的温度为42℃，相对湿度为33%，风速为0.7m/s，成膜时间为11本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于柔性电子皮肤的复合薄膜的制备方法，其特征在于，通过将旋涂制得的氧化石墨烯薄膜利用氢碘酸还原，然后在表面滴加丝素并风干成膜，再利用激光刻蚀在薄膜表面制出周期结构的光栅，最后将聚二甲基硅氧烷溶于二甲基甲酰胺后涂覆于表面，固化成膜，制得用于柔性电子皮肤的复合薄膜。制备的具体步骤如下：（1）将氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散制成氧化石墨烯分散液，然后在预处理的硅片表面进行旋涂成膜，制成氧化石墨烯薄膜，然后喷洒氢碘酸进行还原反应，制得石墨烯薄膜；（2）配制质量浓度为6~10%的丝素蛋白水溶液，然后滴加在步骤（1）制得的石墨烯薄膜表面，风干成膜，然后从硅片表面剥离，制得石墨烯/丝蛋白柔性导电薄膜；（3）将步骤（2）制得的石墨烯/丝蛋白柔性导电薄膜进行激光刻蚀，在薄膜表面刻蚀出具有周期结构的光栅，制得表面有光栅结构的石墨烯/丝蛋白柔性导电薄膜；（4）将聚二甲基硅氧烷加入二甲基甲酰胺中，超声分散均匀，然后涂覆于步骤（3）制得的柔性导电薄膜表面，固化成膜，制得用于柔性电子皮肤的复合薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种用于柔性电子皮肤的复合薄膜的制备方法，其特征在于，通过将旋涂制得的氧化石墨烯薄膜利用氢碘酸还原，然后在表面滴加丝素并风干成膜，再利用激光刻蚀在薄膜表面制出周期结构的光栅，最后将聚二甲基硅氧烷溶于二甲基甲酰胺后涂覆于表面，固化成膜，制得用于柔性电子皮肤的复合薄膜。制备的具体步骤如下：（1）将氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散制成氧化石墨烯分散液，然后在预处理的硅片表面进行旋涂成膜，制成氧化石墨烯薄膜，然后喷洒氢碘酸进行还原反应，制得石墨烯薄膜；（2）配制质量浓度为6~10%的丝素蛋白水溶液，然后滴加在步骤（1）制得的石墨烯薄膜表面，风干成膜，然后从硅片表面剥离，制得石墨烯/丝蛋白柔性导电薄膜；（3）将步骤（2）制得的石墨烯/丝蛋白柔性导电薄膜进行激光刻蚀，在薄膜表面刻蚀出具有周期结构的光栅，制得表面有光栅结构的石墨烯/丝蛋白柔性导电薄膜；（4）将聚二甲基硅氧烷加入二甲基甲酰胺中，超声分散均匀，然后涂覆于步骤（3）制得的柔性导电薄膜表面，固化成膜，制得用于柔性电子皮肤的复合薄膜。2.根据权利要求1所述一种用于柔性电子皮肤的复合薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述旋涂成膜的转速为600~800r/min，旋涂时间为1~2h。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，司文彬，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51