用于接触压力测量的高柔弹性电子皮肤的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于接触压力测量的高柔弹性电子皮肤。其上电极层、下电极层分别以PDMS为基底，PDMS基底上设置银纳米线AgNws导线阵列，中间传感层以多孔PDMS膜为基材；上电极层、下电极层的银纳米线AgNws导线阵列通过PDMS相纸原位固化方法置于PDMS基底上；多孔PDMS膜的孔内镶嵌有圆形PDMS薄片，圆形PDMS薄片的上、下表面蒸镀一层金属Au，圆形PDMS薄片及其上、下表面的金属Au层构成基于电容原理的压力传感単元，金属Au与银纳米线AgNws导线电连接。本实用新型的功能是实现接触压力检测，不但具有高柔弹性，还具有超薄、轻量化、灵敏度高、可扩展性好等重要特点。
【专利说明】
用于接触压力测量的高柔弹性电子皮肤
技术领域
[0001]本实用新型涉及电子皮肤，具体是一种用于接触压力测量的高柔弹性电子皮肤。 【背景技术】
[0002]电子皮肤可以通过附着于机器人的表面，帮助其获知外界的刺激，并做出恰当的回应，直接关系到机器人、医疗设备、人体假肢、可穿戴设备等载体的智能化和多功能化，可广泛应用于生产生活、康复医疗等诸多领域。电子皮肤的设计要求包括两方面，第一，电子皮肤应该能够准确获得周围环境的各种信息，这主要通过传感器阵列来实现;第二，电子皮肤应该像人类的皮肤一样，不但具有感受外界环境信息的能力，还要能够覆盖于机器人载体复杂的三维表面和活动的关节，具备一定的柔性与弹性。电子皮肤种类繁多，而用于接触压力测量的高柔弹性电子皮肤是其中最具挑战性且应用潜力最大的。
[0003]CN205175585公开了一种用于测量接触压力的柔性电子皮肤，其基于压阻式，缺点在于导线和电极的抗磨损性能较差，经过反复的擦拭，银纳米线表面会受损，且传感器的灵敏度不高。因此，有必要提供一种结构简单、灵敏度高、可扩展性好、并且能够准确测量接触压力的高柔弹性电子皮肤。【实用新型内容】
[0004]本实用新型旨在解决现有电子皮肤不能兼顾高柔弹性以及接触压力测量功能的问题，而提供一种用于测量接触压力的高柔弹性电子皮肤。
[0005]本实用新型解决其技术问题，采用的技术方案是:
[0006]—种用于接触压力测量的高柔弹性电子皮肤，包括上电极层、中间传感层、下电极层，上电极层、下电极层分别以PDMS为基底，PDMS基底上设置银纳米线AgNws导线阵列，中间传感层以多孔PDMS膜为基材;上电极层、下电极层的银纳米线AgNws导线阵列通过PDMS相纸原位固化方法置于TOMS基底上；多孔TOMS膜的孔内镶嵌有圆形PDMS薄片，圆形PDMS薄片的上、下表面通过电子束蒸镀工艺蒸镀一层金属Au，圆形PDMS薄片及其上、下表面的金属Au层构成基于电容原理的压力传感単元，压力传感单元的上、下两表面与银纳米线AgNws导线电连接。
[0007]采用上述技术方案的本实用新型，与现有技术相比，其有益效果是:
[0008]本实用新型采用PDMS相纸原位固化方法制作银纳米线导线和电极，可得到较为蓬松的银纳米线电极表面，并大大提高电极表面的粗糙度，从而提高传感器的灵敏度，并在一定程度上改善电极的耐磨损性能，可用于检测脉搏、心率等细微压力的变化;本实用新型的中间传感层基于电容原理，采用镶嵌于多孔TOMS的平板电容器实现检测功能，其优点在于可进一步减小电子皮肤的厚度，使电子皮肤更薄，更适合应用于狭小空间等特殊环境，尤其在医疗设备领域意义重大。
[0009]作为优选，本实用新型更进一步的技术方案是:[〇〇1〇]上电极层、下电极层的银纳米线AgNws导线阵列为平行导线阵列，并且垂直交叉覆盖于中间传感层的两侧，上、下两层银纳米线AgNws导线的交叉点对应压力传感单元。【附图说明】
[0011]图1是本实用新型实施例的层状结构示意图；
[0012]图2是本实用新型实施例的截面结构示意图；[0〇13]图3是传感单元的工作原理示意图；
[0014]图中:上电极层1;上电极层银纳米线AgNws导线阵列11;中间传感层2;多孔PDMS膜 2 1;压力传感单元22;下电极层3;下电极层银纳米线AgNws导线阵列31。【具体实施方式】
[0015]以下结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明。
[0016]参见图1，一种用于测量接触压力的高柔弹性电子皮肤，从外至内依次由上电极层 1、中间传感层2、下电极层3构成。
[0017]参见图2,上电极层1、下电极层3分别以PDMS为基底，上电极层1的PDMS基底下表面上通过PDMS相纸原位固化方法设置有上电极层银纳米线AgNws导线阵列11，下电极层3的 PDMS基底上表面上通过PDMS相纸原位固化方法设置有下电极层银纳米线AgNws导线阵列 31;中间传感层2以多孔PDMS膜21为基材，多孔PDMS膜21的孔内镶嵌有圆形TOMS薄片，圆形 PDMS薄片的上、下表面通过电子束蒸镀工艺蒸镀一层金属Au，圆形PDMS薄片及其上、下表面的金属Au层构成基于电容原理的压力传感単元22,压力传感单元22的上、下两表面的金属 Au分别与上电极层银纳米线AgNws导线阵列11和下电极层银纳米线AgNws导线阵列31电连接。[〇〇18]上电极层1、下电极层3的银纳米线AgNws导线阵列为平行导线阵列，并且垂直交叉覆盖于中间传感层2的两侧，上、下两层银纳米线AgNws导线的交叉点对应压力传感单元22。 [0〇19]上电极层1、下电极层3的厚度优选为0? 25mm;中间传感层2的厚度约为0? lmm，Au 厚度约为50nm，可极大的提高电子皮肤的柔弹性。
[0020]参见图3,当电子皮肤的受力点采集到压力并传送到压力传感单元22时，引起了压力传感単元22中的电容器的介质层形变，从而引起压力传感单元22的电容值C的变化，由此实现对接触压力的测量。
[0021]上述电子皮肤的尺寸可以根据实际需求调整，本实施例为8X8电容传感单元阵列。
[0022]以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的权利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效功能变换，或直接或问接运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的权利范围内。
【主权项】
1.一种用于接触压力测量的高柔弹性电子皮肤，包括上电极层、中间传感层、下电极 层，上电极层、下电极层分别以PDMS为基底，PDMS基底上设置银纳米线AgNws导线阵列，中间 传感层以多孔PDMS膜为基材;其特征在于:上电极层、下电极层的银纳米线AgNws导线阵列通过H)MS相纸原位固化方法置于PDMS 基底上；多孔PDMS膜的孔内镶嵌有圆形PDMS薄片，圆形PDMS薄片的上、下表面通过电子束蒸镀 工艺蒸镀一层金属Au，圆形F>DMS薄片及其上、下表面的金属Au层构成基于电容原理的压力 传感単元，压力传感单元的上、下两表面与银纳米线AgNws导线电连接。2.根据权利要求1所述的用于接触压力测量的高柔弹性电子皮肤，其特征在于:上电极 层、下电极层的银纳米线AgNws导线阵列为平行导线阵列，并且垂直交叉覆盖于中间传感层 的两侧，上、下两层银纳米线AgNws导线的交叉点对应压力传感单元。
【文档编号】G01L1/14GK205691269SQ201620644828
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年6月27日 公开号201620644828.5, CN 201620644828, CN 205691269 U, CN 205691269U, CN-U-205691269, CN201620644828, CN201620644828.5, CN205691269 U, CN205691269U
【发明人】周建辉, 及冲冲, 司新毅, 余志永, 刘迎娟, 赵贺鸣, 戴静
【申请人】华北理工大学