一种新型多功能柔性触觉传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提出的多功能柔性传感器及其制备方法，属于柔性触觉传感器领域。为精细量化受力，提高传感器阵列密度，传感器设计为16个检测单元，呈4

【技术实现步骤摘要】
一种新型多功能柔性触觉传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于柔性触觉传感器领域，具体涉及一种新型多功能柔性触觉传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着人工智能的迅速发展，越来越多的类人型机器人被应用到日常生活和医疗护理环境中。为了保证机器人在和周围环境接触时能够做出合理的反应并且确保机器人工作时不对周围环境或接触物体造成破坏，这就需要机器人配备感知触觉信息的能力。以轻微压力检测为主的触觉传感器作为机器人与外界交互的媒介，是获取外界环境信息的重要途径。目前，高阵列密度、高灵敏度，高灵活性、低功耗的柔性触觉传感器的开发是电子领域新兴的技术目标。与此同时，为了实现对外界的多维感知，人们已经不再局限于对单一物理量的检测，同时实现多物理量的检测在健康诊断中是非常需要的。同时兼备温度与压力测量的柔性温度压力传感器已经成为当今触觉传感器的研究热点。当温度传感器和压力传感器集成在同一衬底上时，为了保证两者测量结果均比较准确，需要考虑到温度传感器和压力传感器之间的耦合问题。与此同时，在医学领域，实时的获取接触组织的阻抗信息的同样显得尤为重要，可以在实际手术操作过程中帮助医生分辨不同的组织，有利于手术的顺利进行。

技术实现思路

[0003]（一）要解决的问题本公开提供了一种新型多功能柔性触觉传感器及其制备方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
[0004]（二）技术方案本专利技术基于MEMS工艺、丝网印刷工艺、飞秒加工工艺制备出同时兼备压力温度阻抗多物理量检测的触觉传感器，这在生物医学研究和人机交互界面等方面具有巨大的应用潜力以及诱人的发展前景。
[0005]本专利技术提出一种新型多功能柔性触觉传感器及其制备方法，该触觉传感器采用4
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4阵列的方式来提高器件的感知密度，基于上极板与下极板间的电容值来获得单元受力信息；基于PEDOT:PSS-CNT薄膜电极来实现温度的测量，通过检测输出电阻值的大小确定待测温度值，并且在薄膜电极接入电路后对压力传感器可以起到屏蔽外部场强的作用；上极板A和上极板B作为被测电极，并在电极两端施加正弦交流电压来获取组织的接触阻抗信息。
[0006]本专利技术设计一种新型多功能柔性触觉传感器，器件整体采用层压式的结构分布，触觉传感器自上而下分别为：上极板电极A 1、上极板电极B 2、上极板3、介电层 4、下极板电极 5、下极板 6、衬底7、薄膜电极 8。
[0007]在一些实施例中，所述的新型多功能柔性触觉传感器，其特征在于，高密度柔性触
觉传感器由16个感知点组成，呈4
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4阵列排布，每一感知点由两个压力传感器及一个温度传感器构成。
[0008] 在一些实施例中，所述的新型多功能柔性触觉传感器的上极板 3、下极板 6和衬底 7采用耐高温PET，下极板电极 5采用金属Cu，上极板电极采用金属材料，介电层采用具有微纳结构的CNT/PDMS纳米复合材料，薄膜电极采用PEDOT：PSS-CNT复合材料。
[0009]在一些实施例中，所述的新型多功能柔性触觉传感器的单元受力信息的获取是基于电容器的原理，通过使用CNT/PDMS复合材料的方式来提高传感器的电介质的介电特性，同时采取飞秒激光微结构化处理的方式来提高介电层的可压缩性，进而提高的传感器灵敏度。
[0010]在一些实施例中，所述的新型多功能柔性触觉传感器采用PEDOT:PSS-CNT薄膜电极来实现温度的测量，调整PEDOT:PSS和CNT的质量配比，可以使传感器同时兼顾高灵敏度、良好的柔韧性、较高的电导率及较低的成本。
[0011]在一些实施例中，所述的新型多功能柔性触觉传感器通过在上极板A和上极板B电极两端施加0.1-100 kHz，10 mV的正弦交流电压来获取组织的接触阻抗信息。
[0012]在本实例中，提供了一种新型多功能柔性触觉传感器制备方法，具体步骤如下：（1）、首先将硅片依次放在丙酮，乙醇以及去离子水溶液中进行超声清洗除去表面的杂质，将PET紧紧贴合在干燥处理后的硅片表面，进而将掩膜版与PET极板准确贴合并使用磁控溅射系统进行金属溅射，分别在PET表面得到图案化的Cu薄膜以及上极板金属薄膜，修剪掉PET多余部分，至此上下极板制作完成。
[0013]（2）基于飞秒激光加工技术实现微纳结构模具的制备，并且通过改变激光加工参数以及不同的气体环境可以对诱导出的微纳结构的尺寸和形状进行调控。将CNT与PDMS进行复合得到CNT/PDMS复合介电材料，将均匀混合的CNT/PDMS复合材料转移至微纳结构模具上，经过烘干、脱模等处理后，完成具有微纳结构的CNT/PDMS介电层的制备，进而将介电层与上下极板通过键合技术贴合在一起。
[0014]（3）将PEDOT:PSS溶液与CNT溶液按比例混合后放置超声清洗机1h，采用丝网印刷的方式将混合溶液图案化印刷到衬底上，烘干后实现薄膜电极的制备。
[0015]（4）最后用502胶水将薄膜电极与压力传感器粘结在一起、即不需要二次加热，也不会导致压力的吸收，最终实现触觉柔性传感器的制备。
[0016]（三）有益效果（1）本方案所制备的触觉传感器同时兼顾压力温度阻抗多物理量检测功能；（2）对结构上进行的层压设计便于压力温度之间的解耦，提高测量的准确度；（3）通过同时改善介电层的机械特性以及介电特性来提高压力传感器的灵敏度；（4）通过复合材料的方式提高温度传感器的灵敏度，并采用4
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4阵列的方式来提高器件的感知密度；（5）器件采用柔性化设计，极大的方便贴合人体，具有良好的便携性和适应性。
附图说明
[0017]图1为根据本公开一实施例所示的触觉压力传感器结构示意图及其结构分布图；图2为根据本公开一实施例所示的基于飞秒激光加工技术在硅模具表面诱导出的微纳
结构SEM图。
[0018]符号说明图中：1-上极板电极A 、2-上极板电极B 、3-上极板、4-介电层 、5-下极板电极 、6-下极板 、7-衬底、8-薄膜电极。
具体实施方式
[0019]本专利技术公开了一种新型多功能柔性触觉传感器及其制备方法，该触觉传感器采用4
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4阵列的方式来提高器件的感知密度，基于上极板与下极板间的电容值来获得单元受力信息，采用具有微纳结构的CNT/PDMS纳米复合材料作为介电层来提高压力传感器的灵敏度，基于PEDOT:PSS-CNT薄膜电极来实现温度的测量，通过检测输出电阻值的大小确定待测温度值，并且在薄膜电极接入电路后对压力传感器可以起到屏蔽外部场强的作用。上极板A和上极板B作为被测电极，通过在电极两端施加正弦交流电压来获取组织的接触阻抗信息。制备出同时兼备压力温度阻抗多物理量检测功能的触觉传感器，这在生物医学研究和人机交互界面等方面具有巨大的应用潜力以及诱人的发展前景。
[0020]便于对本实施例进行理解，首先对本专利技术实施例提供的一种新型多功能柔性触觉传感器进行详细介绍，如图1所示，该触觉传感器整体采用层压式的结构分布，自上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型多功能柔性触觉传感器，其特征在于，器件整体采用层压式的结构分布，触觉传感器自上而下分别为：上极板电极A 1、上极板电极B 2、上极板3、介电层 4、下极板电极 5、下极板 6、衬底7、薄膜电极 8。2.根据权利要求1所述的一种新型多功能柔性触觉传感器，其特征在于，高密度柔性触觉传感器由16个感知点组成，呈4
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4阵列排布，每一感知点由两个压力传感器及一个温度传感器构成。3.根据权利要求1所述的一种新型多功能柔性触觉传感器，其特征在于，柔性触觉传感器的单元受力信息的获取是基于电容器的原理，通过使用CNT/PDMS复合材料的方式来提高传感器的电介质的介电特性，同时采取飞秒激光微结构化处理的方式来提高介电层的可压缩性，进而提高的传感器灵敏度。4.根据权利要求1所述的一种新型多功能柔性触觉传感器，其特征在于，柔性触觉传感器采用PEDOT:PSS-CNT薄膜电极来实现温度的测量，调整PEDOT:PSS和CNT的质量配比，可以使传感器同时兼顾高灵敏度、良好的柔韧性、较高的电导率及较低的成本。5.根据权利要求1所述的一种新型多功能柔性触觉传感器，其特征在于，柔性触觉传感器通过在上极板A和上极板B电极两端施加0.1-100 kHz，1...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏越，张旭，刘健朝，李彩丽，
申请(专利权)人：海宁先进半导体与智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：