一种柔性可拉伸触觉传感器制造技术

本发明专利技术涉及柔性传感器技术领域，公开了一种柔性可拉伸触觉传感器，包括：衬底，所述衬底为柔性高分子薄膜；微结构信号敏感层，固定设置在所述衬底的其中一侧，包括若干用于感知压力的压力敏感结构，所述压力敏感结构为凸起状；拉伸敏感层，固定设置在所述衬底的另一侧，包括至少一个用于感知拉力的拉力敏感结构，所述拉力敏感结构为长条状，在z轴方向，所述拉力敏感结构位于相邻两个所述压力敏感结构的间隙之间，且在z轴方向，所述拉力敏感结构与所述压力敏感结构不相交；导线网络层，设置在所述衬底上，包括与所述压力敏感结构连接的可拉伸的第一导线。本发明专利技术可同时检测压应力和拉应力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性可拉伸触觉传感器


[0001]本专利技术涉及柔性传感器
，具体涉及一种柔性可拉伸触觉传感器。

技术介绍

[0002]随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，医疗健康用可穿戴设备越来越受到人们的关注。应力或应变传感器在健康检测、智能屏幕、人机交互、电子皮肤等领域具有广泛应用。近年来，人们开发了多种适合穿戴设备用柔性应力/应变传感器，例如基于生物纤维素的应变传感器、银纳米线传感器、石墨烯柔性传感器等。目前，大部分柔性传感器仅能感知压应力或压应变，不是同时检测拉应力和压应力以及实现复杂应力下的拉应力和压应力解耦；面向未来的智能可穿戴设备，其发展趋势是模拟人的皮肤实现复杂力学信号的检测。因此，发展同时识别压应力和拉应力以及复杂应力下的拉应力和压应力解耦的柔性传感器，在人体健康监测、人机交互方面有重要的应用前景。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供的一种柔性可拉伸触觉传感器，具有可同时识别压应力和拉应力的特点，在生物健康检测、人机交互、电子皮肤等领域有着良好的应用前景。
[0004]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0005]一种柔性可拉伸触觉传感器，包括：
[0006]衬底，所述衬底为柔性高分子薄膜；
[0007]微结构信号敏感层，固定设置在所述衬底的其中一侧，包括若干用于感知压力的压力敏感结构，所述压力敏感结构为凸起状，且所述压力敏感结构的模量大于所述衬底的模量，若干所述压力敏感结构以阵列的形式分布在所述衬底上；
[0008]拉伸敏感层，固定设置在所述衬底的另一侧，包括至少一个用于感知拉力的拉力敏感结构，所述拉力敏感结构为长条状，在z轴方向，所述拉力敏感结构位于相邻两个所述压力敏感结构的间隙之间，且在z轴方向，所述拉力敏感结构与所述压力敏感结构不相交；
[0009]导线网络层，设置在所述衬底上，包括与所述压力敏感结构连接的可拉伸的第一导线，且所述第一导线位于两个所述压力敏感结构的间隙之间。
[0010]本技术方案中，对于压力检测，需要响应不同位置的压应力分布情况，将若干压力敏感结构设置成阵列结构可以实现对平面压应力分布情况的测量，同时第一导线分布在压力敏感结构与压力敏感结构之间的空隙中，可以避免压力以及不同位置的相互干扰；压力敏感结构设置为凸起状，可以在衬底处于拉伸情况下检测压力，而不会受到拉伸变形的影响；由于压力在作用的时候，对压力敏感结构及其对应位置的衬底都有影响，因此，在z轴方向，将拉力敏感结构设置在相邻两个所述压力敏感结构的间隙之间，可以避免压力对拉力敏感结构的影响。
[0011]作为优化，所述压力敏感结构、拉伸敏感结构、第一导线的材质均为导电复合材质。
[0012]作为优化，所述导电复合材质包括石墨烯、碳纳米管以及硅胶的组合。
[0013]作为优化，所述压力敏感结构为向靠近所述衬底的方向逐渐增大的凸起状，所述压力敏感结构和衬底之间的模量比例范围为(1,100]。
[0014]这样，可以很好地集中局部应力，从而提高传感器灵敏度，将压力敏感结构的模量设置为大于衬底的模量，利用这种设置实现应变隔离，可以进一步降低拉伸变形对压力敏感结构的影响，实现压力和拉力的解耦。
[0015]作为优化，所述压力敏感结构远离所述衬底的一侧向所述衬底的方向凹陷设有至少一个凹槽。
[0016]这样，设置凹槽可以更好地使局部应力集中，从而更好地提高传感器灵敏度。
[0017]作为优化，所述凹槽的尺寸与所述压力敏感结构相比小一个数量级。
[0018]这样，将凹槽的尺寸设置成与所述压力敏感结构相比小一个数量级的结构，可以使得局部应力集中效果好，能有效提高灵敏度。
[0019]作为优化，所述拉力敏感结构在x轴方向和y轴方向分别对称设置在所述衬底上。
[0020]这样，对于检测拉伸的拉力敏感结构，在衬底整体拉伸的情况下，不同位置拉伸变化的情况差别不大，采用这种设计能够检测不同区域x和y方向的拉伸变形，同时不需要复杂的导电网络，提高检测的准确性和可靠性。
[0021]作为优化，位于x轴方向和y轴方向上的所述拉力敏感结构的形状为U型。
[0022]这样，可以提升拉力敏感结构在x方向或y方向上的单一方向的拉伸敏感性。
[0023]作为优化，所述拉力敏感结构分别设置在所述衬底的四个角落。
[0024]这样，在衬底的四个角落和对x轴、y轴设置拉力敏感结构，可以使得传感器在对应的方向上的拉伸变形都有响应，从而对不同区域的x、y方向的拉伸均能变形解耦。
[0025]作为优化，位于所述衬底的四个角落的所述拉力敏感结构的整体形状均为尖角朝所述衬底内部的“L”型，且每个位于所述衬底的角落的所述拉力敏感结构的局部形状均为方波形。
[0026]这样，可以使位于衬底角落的拉伸敏感结构在x方向和y方向的拉伸变形都有响应，性能更加完善。
[0027]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0028]本专利技术将压力敏感结构设置为凸起状，可以在衬底处于拉伸情况下检测压力，而不会受到拉伸变形的影响；在z轴方向，将拉力敏感结构设置在相邻两个所述压力敏感结构的间隙之间，可以避免压力对拉力敏感结构的影响，可同时检测压应力和拉应力。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
[0030]图1为本专利技术所述的一种柔性可拉伸触觉传感器的截面图；
[0031]图2为本专利技术所述的一种柔性可拉伸触觉传感器中的衬底的其中一侧面的结构示意图；
[0032]图3为本专利技术所述的一种柔性可拉伸触觉传感器中的衬底的另一侧面的结构示意图。
[0033]附图中标记及对应的零部件名称：
[0034]1‑
衬底，2
‑
压力敏感结构，3
‑
拉力敏感结构，4
‑
第一导线。
具体实施方式
[0035]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。
[0036]实施例
[0037]如图1
‑
3所示，一种柔性可拉伸触觉传感器，包括：
[0038]衬底1，所述衬底1为柔性高分子薄膜。高分子薄膜为以有机高分子聚合物为材料制成的薄膜。柔性高分子薄膜可以采用市面上现有的材料，这里就不再赘述了。
[0039]微结构信号敏感层，固定设置在所述衬底1的其中一侧，包括若干用于感知压力的压力敏感结构2，且所述压力敏感结构2的模量大于所述衬底1的模量，所述压力敏感结构2为凸起状，若干所述压力敏感结构2以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于，包括：衬底(1)，所述衬底(1)为柔性高分子薄膜；微结构信号敏感层，固定设置在所述衬底(1)的其中一侧，包括若干用于感知压力的压力敏感结构(2)，所述压力敏感结构(2)为凸起状，且所述压力敏感结构(2)的模量大于所述衬底(1)的模量，若干所述压力敏感结构(2)以阵列的形式分布在所述衬底(1)上；拉伸敏感层，固定设置在所述衬底(1)的另一侧，包括至少一个用于感知拉力的拉力敏感结构(3)，所述拉力敏感结构(3)为长条状，在z轴方向，所述拉力敏感结构(3)位于相邻两个所述压力敏感结构(2)的间隙之间，且在z轴方向，所述拉力敏感结构(3)与所述压力敏感结构(2)不相交；导线网络层，设置在所述衬底(1)上，包括与所述压力敏感结构(2)连接的可拉伸的第一导线(4)，且所述第一导线位于两个所述压力敏感结构(2)的间隙之间。2.根据权利要求1所述的一种柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于，所述压力敏感结构、拉伸敏感结构和第一导线的材质均为导电复合材质。3.根据权利要求1所述的一种柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于，所述导电复合材质包括石墨烯、碳纳米管以及硅胶的组合。4.根据权利要求1所述的一种柔性可拉伸触觉传感器，其特征在于，所述压力敏...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚风，段书凯，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：