一种柔性透明自驱动传感阵列结构及其制备方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种柔性透明自驱动传感阵列结构及其制备方法及系统，所述结构包括：从上到下依次为：封装层、第一导电层、支撑层、摩擦层、第二导电层、封装层；支撑层上设有若干镂空区域，在外力作用于结构上时，第一导电层部分穿过镂空区域与摩擦层接触摩擦，当无外力作用于结构时，第一导电层与摩擦层处于分离状态；第一导电层与支撑层接触，支撑层与摩擦层接触，摩擦层与第二导电层接触，封装层对第一导电层、和第二导电层进行封装保护；所实现的器件具有良好的透明性，柔展性和自驱动特性。

A Flexible Transparent Self-Driven Sensor Array and Its Fabrication Method and System

【技术实现步骤摘要】
一种柔性透明自驱动传感阵列结构及其制备方法及系统
本专利技术涉及柔性透明穿戴式轨迹识别传感阵列领域，具体地，涉及一种具有轨迹识别功能的柔性透明自驱动传感阵列及其制备方法及阵列轨迹识别系统。
技术介绍
随着智能时代及机器智能化时代的来临，大量的柔性穿戴设备涌现，无论是用于人体本身增强对现实世界的感知能力还是用于机器实现人体感知环境的能力，都对目前的穿戴设备提出了很多新的要求。传统电子器件的按键或者一些能够实现区块识别的器件(如用点读机专用的笔点击书本上的文字、图画、数字等内容，机器就会发出相对应的声音)，需要制作单独的按键或者区域识别模块。而对于柔性穿戴设备，由于对器件本身轻薄以及可贴附性的要求，使得柔性穿戴设备中的按键或者一些能够实现区块识别功能的器件需要与柔性穿戴设备本身复合，而不能够去制作单独的按键或者区域识别模块。
技术实现思路
本专利技术提出了一种具有轨迹识别功能的柔性透明自驱动传感阵列及其制备方法，所实现的器件具有良好的透明性，柔展性和自驱动特性。良好的柔展性可以使其较好地贴合于人体皮肤或者一些其他的柔性器件，其自驱动特性也使得器件本身不需要任何外加的电源供电即可工作，通过外部作用力摁压器件就可以实现摩擦发电，因此其还具有潜在的为其他元件供电的发展潜力。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种具有轨迹识别功能的柔性透明自驱动传感阵列，包括：从上到下依次为：封装层、第一导电层、支撑层、摩擦层、第二导电层、封装层；支撑层上设有若干镂空区域，在外力作用于结构上时，第一导电层部分穿过镂空区域与摩擦层接触摩擦，当无外力作用于结构时，第一导电层与摩擦层处于分离状态；第一导电层与支撑层接触，支撑层与摩擦层接触，摩擦层与第二导电层接触，封装层对第一导电层、和第二导电层进行封装保护。其中，摩擦层为硅橡胶摩擦层，支撑层为硅橡胶支撑层，第一导电层和第二导电层均为ITO导电层，封装层为PET封装层。本专利技术中采用的硅橡胶摩擦层和硅橡胶支撑层都是采用的ECOFLEX系列硅橡胶。本专利技术中采用的ITO(掺锡的氧化铟)薄膜是一种利用半导体材料制备而成的透明导电薄膜，具有高电导率，高可见光透过率(90％)，高机械稳定性和良好的化学稳定性。通过激光胶刻蚀法在ITO上实现图形化的制备，从而实现我们需要的轨迹识别功能。ECOFLEX系列硅橡胶是一种超软铂金硅橡胶，在室温下可自然固化，收缩率小、粘度低、流动性好、优良的耐高温性，其温度可达300℃～500℃。最重要的是，固化后的硅橡胶非常柔软具有良好的柔展性，同时非常坚固，拉伸其原始尺寸的数倍而不会撕裂，并且会在没有变形的情况下回弹到其原始形状；高抗拉、抗撕裂力，可翻模次数多。本专利技术的轨迹识别阵列的每一个阵列单元同时也是一种自驱动的纳米摩擦发电机，其本身可以作为一种微能源的采集装置。其产生纳米摩擦微能源的工作机理是：在外部存在作用力摁压器件时，器件的第一导电层与器件的硅橡胶摩擦层相互接触，由于两种材料对电子的吸附能力的不同，当外部压力撤去，器件的第一导电层与器件的硅橡胶摩擦层分离，由于摩擦起电，器件的第一导电层带上正电荷，器件的硅橡胶摩擦层带上负电荷，同时器件的第一导电层本身作为导电层带上正电荷，器件的第二导电层带上负电荷，这样就形成了一个电势差。当在外部电路中将器件的第一导电层与器件的第二导电层连接时，便形成了电流产生了电信号。其输出电压的大小随着外部施加压力的大小和频率会发生变化，变化的范围在几伏特到几十伏特不等。本专利技术的一种具有轨迹识别功能的柔性透明自驱动传感阵列中每个阵列单元都包括摩擦单元，导电单元和支撑单元。其中第一导电层为复用单元，其同时作为摩擦单元与导电单元，支撑层作为支撑单元，摩擦层作为摩擦单元，第二导电层作为导电单元。本专利技术的每个阵列单元的工作原理：在初始状态下，由于中间第三层支撑层的存在，第二层的ITO导电层(复用为摩擦层)和第四层的硅橡胶摩擦层相互之间没有接触，也没有静电电荷的产生，当有外部作用力施加于阵列单元时，由于中间第三层支撑层的厚度比较薄，且中间为空心结构使得第一导电层和器件的硅橡胶摩擦层产生接触，此时发生摩擦起电，但由于器件摩擦层的硅橡胶材料不具有导电性，因此在第一导电层表面积聚了大量的正电荷，在器件摩擦层的硅橡胶材料表明积聚了大量的负电荷，当外部作用撤去，第一导电层和器件的硅橡胶摩擦层发生分离没有接触，第二导电层与器件的硅橡胶摩擦层相互接触，此时如果外部电路连通就会由于电势差的存在形成电流产生电信号。为了实现上述具有轨迹识别功能的柔性透明自驱动传感阵列及其制备方法：(1)制备支撑层的硅橡胶垫圈使用ECOFLEX系列硅橡胶，通过3D打印机打印出我们需要的具有图形化的第一模具，之后将制备的硅橡胶倒模到第一模具当中。具体步骤为：根据需要的尺寸大小，利用SOLIDWORKS绘图软件设计出需要的图形化第一模具模型，第一模具的外围尺寸为100㎜×100㎜×0.25㎜，中间具有25个方形通孔，每个通孔的大小为12㎜×12㎜，每个通孔之间的间隔为6㎜，完成设计后通过3D打印机打印出需要的第一模具。完成模具的制作后，需要配置硅橡胶溶液，根据模具大小按照质量比为1:1配置ECOFLEX的A和B两种溶剂，搅拌均匀，并进行2min抽真空去除搅拌过程中引入的气泡，之后采用旋涂法将真空除气泡后的溶液倒模到第一模具中，为了使硅橡胶具有良好的物理和化学特性，需要将其倒模后与第一模具一起放入烘箱中烘干，烘箱温度设置为70℃，烘干1小时后取出。至此，即完成了支撑层硅橡胶垫圈的制备。(2)制备硅橡胶摩擦层具体制备步骤如下：步骤1：取一块干净的电子玻璃基片，在电子玻璃基片上平整地覆盖一层100㎜×100㎜的PI膜，需保证PI膜平整地贴附在电子玻璃基片上，没有任何的凸起。步骤2：在步骤1完成后，在PI膜的四周边缘贴上1500无铅电工绝缘胶带(宽为18㎜，厚度为0.13㎜)，通过控制步骤2所贴合的1500无铅电工绝缘胶带的层数来控制所制备的硅橡胶摩擦层的厚度。贴合过程中必须保证平整对齐没有缝隙也没有重叠。至此完成了制备硅橡胶摩擦层所需要的第二模具的制备。步骤3：取一定量的硅橡胶PartA于塑料培养皿中，再取相同量的硅橡胶PartB(保证硅橡胶PartA与硅橡胶PartB以质量比1：1进行配比)于塑料培养皿中，利用干净无污染的玻璃棒搅拌5min，使其搅拌均匀。步骤4：在步骤3中搅拌均匀后，将塑料培养皿中的溶液进行快速抽真空2min，以除去搅拌过程中引入的气泡。步骤5：将步骤4中抽真空后的溶液采用旋涂法利用硅胶的自流平特性涂抹到步骤2制备的第二模具当中。步骤6：将步骤5中倒模后的溶液进行抽真空。步骤7：将步骤6抽真空后的溶液放入温度设置为70℃的烘箱中烘干60min。步骤8：将步骤7中烘干后的第二模具取出，用小刀沿着步骤2中制备的第二模具里面的PI膜的边沿划开，得到贴合于PI膜的硅橡胶摩擦层，小心将PI膜撕去，就得到了需要的硅橡胶摩擦层。至此，硅橡胶摩擦层制备完成。(3)制备ITO导电层ITO导电层采用激光刻蚀方法制备，紫外线激光加工方法的原理是使得ITO层里面的原子吸收紫外能量后激化为离子状态并从ITO表面脱离，红外线激光加工方法的原理是使ITO层在高温下汽化挥发将ITO除去，这样就可以在I本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性透明自驱动传感阵列结构，其特征在于，所述结构包括：从上到下依次为：封装层、第一导电层、支撑层、摩擦层、第二导电层、封装层；支撑层上设有若干镂空区域，在外力作用于结构上时，第一导电层部分穿过镂空区域与摩擦层接触摩擦，当无外力作用于结构时，第一导电层与摩擦层处于分离状态；第一导电层与支撑层接触，支撑层与摩擦层接触，摩擦层与第二导电层接触，封装层对第一导电层、和第二导电层进行封装保护。

【技术特征摘要】
1.一种柔性透明自驱动传感阵列结构，其特征在于，所述结构包括：从上到下依次为：封装层、第一导电层、支撑层、摩擦层、第二导电层、封装层；支撑层上设有若干镂空区域，在外力作用于结构上时，第一导电层部分穿过镂空区域与摩擦层接触摩擦，当无外力作用于结构时，第一导电层与摩擦层处于分离状态；第一导电层与支撑层接触，支撑层与摩擦层接触，摩擦层与第二导电层接触，封装层对第一导电层、和第二导电层进行封装保护。2.根据权利要求1所述的柔性透明自驱动传感阵列结构，其特征在于，支撑层和摩擦层材质均为ECOFLEX系列硅橡胶。3.根据权利要求1所述的柔性透明自驱动传感阵列结构，其特征在于，第一导电层和第二导电层均为ITO导电层。4.根据权利要求1所述的柔性透明自驱动传感阵列结构，其特征在于，所述结构包括若干阵列单元，阵列单元均通过自驱动的纳米摩擦发电进行微能源的采集。5.根据权利要求4所述的柔性透明自驱动传感阵列结构，其特征在于，每个阵列单元均对应一个镂空区域。6.根据权利要求4所述的柔性透明自驱动传感阵列结构，其特征在于，封装层为PET封装层。7.一种如权利要求1-6中任意一个所述的柔性透明自驱动传感阵列结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括：(1)制备支撑层：使用ECOFLEX系列硅橡胶，通过3D打印机打印出第一模具，将配置的ECOFLEX溶剂倒模到第一模具中，将倒模后与第一模具放入烘箱中烘干，烘干后取出完成支撑层的制备；(2)制备摩擦层；(3)制备ITO导电层；(4)将制备的各层按照结构进行封装。8.根据权利要求7所述的柔性透明自驱动传感阵列结构的制备方法，其特征在于，制备支撑层具体包括：根据预设尺寸需求，利用SOLIDWORKS绘图软件设计出需要的图形化第一模具，第一模具中间具有若干个个方形通孔，通过3D打印机打印出第一模具；根据第一模具大小按照质量比为1:1配置ECOFLEX的A和B...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓升，王志勇，巴雁远，陈瑜，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51