柔性传感器及其制备方法技术

本申请涉及一种柔性传感器及其制备方法，柔性传感器包括第一柔性基板与第二柔性基板，第一柔性基板与第二柔性基板具有导电性，第一柔性基板的一侧表面具有第一微结构阵列，第二柔性基板的一侧表面具有第二微结构阵列，第一微结构阵列的微结构间隙及第二微结构阵列的微结构间隙均设有介电层，第一微结构阵列与第二微结构阵列相向设置且微结构之间相互错位，以在微结构阵列之间形成微结构与微结构间隙配合的结构。外部压力导致微结构形变时，介电层处的电容信号发生变化以进行触觉反馈；外部剪切力使两个柔性基板的微结构之间的接触面积发生变化时，电阻信号变化以进行滑觉反馈，从而可以同时检测滑触觉，结构简单且更加精准。准。准。

【技术实现步骤摘要】
柔性传感器及其制备方法


[0001]本申请涉及传感器
，具体涉及一种柔性传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]可以同时感知触觉信号和滑觉信号的柔性传感器在智能机器人领域具有重大的应用前景。目前，智能机器人虽然可以代替人手完成一些简单的物体操作，但是难以实现脆性物体的软抓取，通过将前述柔性传感器安装在机械手的表面来感知触觉和滑觉信号，可以精确控制机械手与物体之间的作用力，从而有望解决软抓取过程中物体损伤或者脱落的难题。软抓取技术的关键在于机械手能像人手一样感知与外部环境相互作用的信息，然而，目前大多数的柔性传感器只能够测量正压力，并且在检测灵敏度等方面与人手有明显的差距，限制了其在智能机器人领域的应用。

技术实现思路

[0003]针对上述技术问题，本申请提供一种柔性传感器，可以同时检测滑觉信号和触觉信号，结构简单且更加精准。
[0004]为解决上述技术问题，本申请提供一种柔性传感器，包括第一柔性基板与第二柔性基板，所述第一柔性基板与所述第二柔性基板具有导电性，所述第一柔性基板的一侧表面具有第一微结构阵列，所述第二柔性基板的一侧表面具有第二微结构阵列，所述第一微结构阵列的微结构间隙及所述第二微结构阵列的微结构间隙均设有介电层，所述第一微结构阵列与所述第二微结构阵列相向设置且微结构之间相互错位，以在微结构阵列之间形成微结构与微结构间隙配合的结构。
[0005]其中，所述第一微结构阵列与所述第二微结构阵列包括金字塔微结构阵列、圆锥微结构阵列、半球微结构阵列中的至少一种；和/或/>[0006]所述第一柔性基板与所述第二柔性基板中分散有导电材料，所述导电材料包括碳纳米管、石墨烯、炭黑、银纳米线中的至少一种。
[0007]其中，所述第一柔性基板与所述第二柔性基板为多孔结构。
[0008]其中，所述第一微结构阵列中的微结构与所述第二微结构阵列中的微结构互不接触，所述第一微结构阵列中的微结构和所述第二微结构阵列中的微结构分别与对侧的微结构间隙中的介电层粘接。
[0009]其中，所述介电层采用熔化温度低于所述第一柔性基板与所述第二柔性基板的基底熔化温度的介电材料制备得到。
[0010]本申请还提供一种柔性传感器的制备方法，包括：
[0011]a.提供具有导电性的第一柔性基板与第二柔性基板，所述第一柔性基板的一侧表面具有第一微结构阵列，所述第二柔性基板的一侧表面具有第二微结构阵列，所述第一微结构阵列的微结构间隙及所述第二微结构阵列的微结构间隙均设有介电层；
[0012]b.组装所述第一柔性基板与所述第二柔性基板，所述第一微结构阵列与所述第二
微结构阵列相向且微结构之间相互错位，以在微结构阵列之间形成微结构与微结构间隙配合的结构；
[0013]c.得到柔性传感器。
[0014]其中，步骤a，包括：
[0015]制备包含高分子材料预聚物、导电材料、造孔剂与固化剂的混合物；
[0016]将所述混合物装入一侧具有微结构阵列型腔的模板中固化成型；
[0017]脱模并除去所述造孔剂，得到一侧表面具有微结构阵列的导电柔性基板。
[0018]重复以上过程或切割所述导电柔性基板，得到表面无介电层的所述第一柔性基板与所述第二柔性基板。
[0019]其中，所述第一微结构阵列与所述第二微结构阵列包括金字塔微结构阵列、圆锥微结构阵列、半球微结构阵列中的至少一种；和/或
[0020]所述导电材料包括碳纳米管、石墨烯、炭黑、银纳米线中的至少一种；和/或
[0021]所述造孔剂为可溶解或化学反应除去的颗粒。
[0022]其中，步骤a，包括：
[0023]分别在表面无介电层的所述第一柔性基板与所述第二柔性基板的具有微结构阵列的一侧表面涂覆介电层；
[0024]分别对每个柔性基板上的介电层进行图案化，保留介电层的位于微结构间隙中的部分。
[0025]其中，所述介电层采用熔化温度低于所述第一柔性基板与所述第二柔性基板的基底熔化温度的介电材料制备得到，步骤c，包括：
[0026]加热组装后的结构，使所述介电层熔化后与所在微结构间隙中的微结构粘接。
[0027]本申请还提供一种柔性传感器，采用如上所述的柔性传感器的制备方法制备得到。
[0028]本申请的柔性传感器，柔性传感器包括第一柔性基板与第二柔性基板，第一柔性基板与第二柔性基板具有导电性，第一柔性基板的一侧表面具有第一微结构阵列，第二柔性基板的一侧表面具有第二微结构阵列，第一微结构阵列的微结构间隙及第二微结构阵列的微结构间隙均设有介电层，第一微结构阵列与第二微结构阵列相向设置且微结构之间相互错位，以在微结构阵列之间形成微结构与微结构间隙配合的结构。外部压力导致微结构形变时，介电层处的电容信号发生变化以进行触觉反馈；外部剪切力使两个柔性基板的微结构之间的接触面积发生变化时，电阻信号变化以进行滑觉反馈，从而可以同时检测滑触觉，结构简单且更加精准。
[0029]本申请的柔性传感器的制备方法，先提供具有导电性的第一柔性基板与第二柔性基板，第一柔性基板的一侧表面具有第一微结构阵列，第二柔性基板的一侧表面具有第二微结构阵列，第一微结构阵列的微结构间隙中及第一微结构阵列的微结构间隙中分别形成介电层，之后，组装第一柔性基板与第二柔性基板，第一微结构阵列与第二微结构阵列相向且微结构之间相互错位，以在微结构阵列之间形成微结构与微结构间隙配合的结构，得到柔性传感器。制备工艺简单，成本低。
附图说明
[0030]图1是根据第一实施例示出的柔性传感器的纵向截面示意图；
[0031]图2是根据第一实施例示出的柔性传感器的第一柔性基板的仰视图；
[0032]图3是根据第二实施例示出的柔性传感器的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
[0033]以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。
[0034]在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。
[0035]虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。
[0036]再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性传感器，其特征在于，包括第一柔性基板与第二柔性基板，所述第一柔性基板与所述第二柔性基板具有导电性，所述第一柔性基板的一侧表面具有第一微结构阵列，所述第二柔性基板的一侧表面具有第二微结构阵列，所述第一微结构阵列的微结构间隙及所述第二微结构阵列的微结构间隙均设有介电层，所述第一微结构阵列与所述第二微结构阵列相向设置且微结构之间相互错位，以在微结构阵列之间形成微结构与微结构间隙配合的结构。2.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述第一微结构阵列与所述第二微结构阵列包括金字塔微结构阵列、圆锥微结构阵列、半球微结构阵列中的至少一种；和/或所述第一柔性基板与所述第二柔性基板中分散有导电材料，所述导电材料包括碳纳米管、石墨烯、炭黑、银纳米线中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的柔性传感器，其特征在于，所述第一柔性基板与所述第二柔性基板为多孔结构。4.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述第一微结构阵列中的微结构与所述第二微结构阵列中的微结构互不接触，所述第一微结构阵列中的微结构和所述第二微结构阵列中的微结构分别与对侧的微结构间隙中的介电层粘接。5.根据权利要求4所述的柔性传感器，其特征在于，所述介电层采用熔化温度低于所述第一柔性基板与所述第二柔性基板的基底熔化温度的介电材料制备得到。6.一种柔性传感器的制备方法，其特征在于，包括：a.提供具有导电性的第一柔性基板与第二柔性基板，所述第一柔性基板的一侧表面具有第一微结构阵列，所述第二柔性基板的一侧表面具有第二微结构阵列，所述第一微结构阵列的微结构间隙及所述第二微结构阵列的微结构间隙均设有介电层；b.组...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，杜琦峰，陈颖，王志建，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：